EP2184569A2 - Kühl- und/oder Gefriergerät - Google Patents

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Publication number
EP2184569A2
EP2184569A2 EP20090014075 EP09014075A EP2184569A2 EP 2184569 A2 EP2184569 A2 EP 2184569A2 EP 20090014075 EP20090014075 EP 20090014075 EP 09014075 A EP09014075 A EP 09014075A EP 2184569 A2 EP2184569 A2 EP 2184569A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
heat transfer
cooling
heat
transfer means
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Withdrawn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
EP20090014075
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dipl.-Ing. Ertel
Thomas Dipl.-Ing.(FH) Gindele
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 EP2184569A2 publication Critical patent/EP2184569A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F25D11/025—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cooling compartments at different temperatures using primary and secondary refrigeration systems

Definitions

  • the invention relates to a refrigerator and / or freezer with at least one thermoacoustic cooler, with at least one cold heat exchanger for cooling at least one refrigerator and / or freezer compartment of the refrigerator and / or freezer and at least one hot heat exchanger for heat removal from the cooling and / or freezer.
  • 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 passed back and forth through 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 cold heat exchanger which is arranged in or in the region of the refrigerator and / or freezer compartment ices, so that there is a need to defrost this.
  • Defrosting usually takes place with the pump switched off and with the thermoacoustic cooler switched off and until a certain temperature value has been reached or exceeded.
  • the cooling circuit is again put into operation as described above and there is a cooling of the cooling or freezing space by means of the flowed through by the cold heat transfer medium cold heat exchanger.
  • the present invention has for its object to develop a refrigerator and / or freezer of the type mentioned in an advantageous manner, in particular to the effect that the hot and cold circuit of a refrigerator with thermoacoustic cooler can be operated more efficiently and in a simple and cost-effective manner.
  • a refrigerator and / or freezer with the features of claim 1. Thereafter, it is provided that a refrigerator and / or freezer at least one thermoacoustic cooler, at least one cold heat exchanger for cooling at least one refrigerator and / or freezer compartment of the refrigerator and / or freezer and at least one hot heat exchanger for heat removal from the cooling and / or or freezer.
  • passive heat transfer means are provided, by means of which at least partial heat between the cold heat exchanger and the thermoacoustic cooler and / or between the warm heat exchanger and the thermoacoustic cooler is transferable, and / or active heat transfer means provided by means of which at least partially heat between the cold heat exchanger and the thermo-acoustic cooler and / or between the hot heat exchanger and the thermo-acoustic cooler is transferable.
  • passive heat transfer means are heat transfer means, which can in particular make do without an external energy source and in particular without fluid pumps.
  • the heat transfer is achieved by evaporation and condensation. Due to the evaporation enthalpy exploited, more heat can be transferred than through transport, e.g. of liquids. Thus, with a simple structure, an efficient heat transfer between components of the cooling circuit can be achieved.
  • the passive heat transfer means comprise at least one heat pipe and / or at least one thermosyphon and / or at least one heat pipe.
  • the advantage here is that heat pipes, thermosyphons and / or heat pipes are common and readily available passive heat transfer medium.
  • this type of passive heat transfer means is already proven and known as reliable. You can therefore easily, for example, in addition, about to improve the heat transfer or heat dissipation from the refrigerator and / or freezer with thermoacoustic cooler use.
  • thermoacoustic cooler heat can be transferred between the cold heat exchanger and the thermoacoustic cooler and / or between the warm heat exchanger and the thermoacoustic cooler exclusively by passive heat transfer means.
  • passive heat transfer means designed as heat pipes than to pure liquids.
  • the active heat transfer means comprise at least one pump and a pumped with the pump heat transfer medium.
  • the active heat transfer means in the case where a combination of active and passive heat transfer means is provided, it is advantageous to construct the active heat transfer means with proven components. As a result, the reliability and the service life of these components or the cost of these components can be made advantageous.
  • the heat transfer medium is a liquid with high heat capacity and / or low viscosity.
  • the heat transfer medium is a water-propylene glycol mixture.
  • the pump is in communication with a control and / or regulating unit of the refrigerator and / or freezer, and wherein the pump can be controlled and / or regulated by means of the control and / or regulating unit is.
  • the control and / or regulating unit may be the central control and regulation unit of the refrigerator and / or freezer. However, it may equally well be provided that this is a separate control and / or regulating unit, which is optionally connected to the central control and / or regulating unit of the refrigerator and / or freezer.
  • the pump for heat dissipation can thus be put into operation if necessary and also affected in terms of their pumping power.
  • a heat removal from the cold room by passive heat transfer means in the form of heat pipes is constantly performed and that depending on the temperature in the interior by the active heat transfer medium, this temperature in the interior is influenced such that they are as constant as possible adjusted to a predetermined target value can be.
  • This setpoint can be specified, for example, by the user.
  • Such a configuration also has the advantage that a compartment located inside the refrigerator and / or freezer can be operated both as a refrigerated compartment and as a freezer compartment.
  • the circuit for guiding the heat transfer medium has plug connection systems for connecting pipes and / or hoses.
  • plug connection systems for connecting pipes and / or hoses.
  • simple plastic plug-in systems e.g. "John Guest” connection systems
  • pipes or hoses can be connected together fluid-tight by simply plugging.
  • the assembly process can be simplified and production costs can be reduced.
  • the passive heat transfer medium contain a working medium, wherein the working medium contains at least partially at least one of the water, methanol, ethanol and / or ammonia.
  • working media have the advantage that they can be operated in an advantageous for a refrigerator and / or freezer temperature range and used for heat transfer.
  • the passive heat transfer means consist at least partially of copper or a copper-containing alloy. This has the advantage that the passive heat transfer means have good thermal conductivity and are also resistant to corrosion. Furthermore, there is the advantage that the passive heat transfer means by the presence of copper have a bactericidal effect, whereby the hygiene in and around the refrigerator and / or freezer can be improved.
  • thermoacoustic cooler comprises two or more than two heat exchanger units, in which there is a heating and / or cooling of the heat transfer medium flowing through them and / or contained therein.
  • thermoacoustic cooler consist of a material with a high thermal conductivity or have such a material.
  • thermoacoustic cooler has a sound wave delivery means, a warm heat exchanger unit associated with the warm heat exchanger, a stack and a cold heat exchanger unit associated with the cold heat exchanger.
  • the sound waves radiated by the sound wave output means are directed directly at the heat exchanger unit assigned to the warm partial circuit.
  • defrosting of the thermoacoustic cooler and in particular of the cold heat exchanger and the cold and / or freezer compartment associated with the cold heat exchanger can take place by reversing the polarity or frequency and / or amplitude inversion by the acoustic wave output means.
  • the thermoacoustic cooler or the sound wave output means can be in communication with the control and / or regulation of the refrigerator and / or freezer.
  • warm heat exchanger unit associated with the warm heat exchanger and the warm heat exchanger are connected exclusively to passive heat transfer means and that the cold heat exchanger unit associated with the cold heat exchanger and the cold heat exchanger are connected to active and / or passive heat transfer means.
  • the cold heat exchanger unit associated with the cold heat exchanger and the cold heat exchanger are connected exclusively to passive heat transfer means and that the warm heat exchanger unit associated with the warm heat exchanger and the warm heat exchanger are connected to active and / or passive heat transfer means.
  • PCMs Phase Change Materials
  • phase changes over one or over two phase boundaries are possible and included in the invention.
  • liquids are used which have no PCMs, but even their phase is e.g. change between liquid and solid or between solid and gaseous or vice versa.
  • phase e.g. change between liquid and solid or between solid and gaseous or vice versa.
  • Slush or Slurry Ice might be considered.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a cooling circuit according to the invention for a refrigerator and / or freezer with a thermoacoustic cooler 10.
  • the thermoacoustic cooler 10 is located between a cold heat exchanger 20 and a warm heat exchanger 30, each with passive heat transfer means 22, 32 with the thermoacoustic cooler 10 are connected.
  • the cold heat exchanger 20 is assigned to a cooling and / or freezing space 40 of the refrigerator and / or freezer and is used for cooling or heat removal from the refrigerator and / or freezer 40th
  • the thermoacoustic cooler 10 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.
  • the sound waves generated by the resonator 12 are heated by the gas molecules in the stack 16 and transport heat from the cold heat exchanger 18 on the warm heat exchanger 14. Accordingly, it is possible by means of the passive heat exchanger 22, 32 to cool the heat exchanger 20 or heat dissipate this and dissipate heat by means of the passive heat transfer medium 32 to the hot heat exchanger 30 to 30 can deliver heat from the warm heat exchanger to the environment can.
  • heat transfer means in addition to the passive heat transfer means 22, 32 active, not shown heat transfer means may be provided, for example in the form of pump-operated fluid circuits, which preferably have a water-propylene glycol mixture as heat transfer medium.
  • Fig. 2 shows embodiments of the passive heat transfer means 22 associated with the cold heat exchangers 20.
  • the passive heat transfer means 22 may be designed as elongated heat pipes 22, in which, as indicated by the arrow within the heat pipe 22, as a working medium 25, a gas or liquid phase 25 moves.
  • gas phase 25 is for example CO 2 or liquid phase 25 and H 2 O into consideration.
  • the working medium 25 contains one of the refrigerants methanol, ethanol or ammonia.
  • the passive heat transfer means 22 may also and / or additionally, as shown in FIG Fig. 2 is shown on the right side, designed as an annular, infinite heat pipe 22, which is designed as an open system with or without internal capillary structure. Basically with the in Fig. 2 illustrated embodiments of the passive heat transfer means 22 that the desired evaporation point can be adjusted via the pressure.
  • the passive heat transfer means 22 are facing or associated with their cold heat exchangers 20 facing away from the ends of the cold heat exchanger unit 18.
  • the movement arrows of the working medium 25 indicated in the two-sided direction indicate that a defrosting operation of the cold heat exchangers 20 can be carried out by reversing the polarity of the thermoacoustic cooler 10. For this purpose, heat is pumped through the heat pipes 22 to the cold heat exchangers 20 of the now heated, in normal operation cold heat exchanger unit 18 during the defrost.
  • Fig. 3 shows schematically a possible embodiment of the warm side of the cooling system for a refrigerator and / or freezer with thermoacoustic cooler.
  • a plurality of passive heat transfer means 32 are provided on the warm heat exchanger unit 14, which serve for heat transfer from the warm heat exchanger unit 14 to the heat exchanger 30 on the warm side.
  • the heat exchanger 30 is physically at the passive heat transfer means 32, which may be made for example as a heat pipe consisting of copper.
  • the physical connection of the warm heat exchanger 30 with the heat pipes 32 can be achieved for example by gluing or soldering, but also by a positive connection.
  • thermoacoustic cooler 10 Basically applies to the in Fig. 1 to 3 illustrated embodiments of the heat transfer with passive heat transfer means 22 from the cold or from the cold heat exchangers 20 to the cold heat exchanger unit 18 of the thermoacoustic cooler 10 and the or the warm heat exchanger / s 30 to the warm heat exchanger unit 14 of the thermoacoustic cooler 10 that additionally active heat transfer medium in the form may be provided by pump-driven heat transfer medium circuits.
  • a pump-operated heat transfer medium circuit for heat removal from the cold heat exchangers 20 to the cold heat exchanger unit 18 of the thermoacoustic cooler 10 may be provided. It may equally well be provided that a pump-operated heat transfer medium circuit is additionally provided between the warm heat exchanger unit 14 and the warm heat exchanger 30 for heat removal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem thermoakustischen Kühler (10), mit wenigstens einem kalten Wärmetauscher (20) zur Kühlung wenigstens eines Kühl- und/oder Gefrierraumes (40) des Kühl- und/oder Gefriergerätes sowie mit wenigstens einem warmen Wärmetauscher (30) zur Wärmeabfuhr vom Kühl- und/oder Gefriergerät.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem thermoakustischen Kühler, mit wenigstens einem kalten Wärmetauscher zur Kühlung wenigstens eines Kühl- und/oder Gefrierraumes des Kühl- und/oder Gefriergerätes sowie mit wenigstens einem warmen Wärmetauscher zur Wärmeabfuhr vom Kühl- und/oder Gefriergerät.
  • 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 her geleitet. 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.
  • Während des Betriebes kann es dazu kommen, dass der kalte Wärmetauscher, der im oder im Bereich des Kühl- und/oder Gefrierraumes angeordnet ist, vereist, so dass die Notwendigkeit besteht, diesen abzutauen. Die Abtauung erfolgt üblicherweise bei abgeschalteter Pumpe und bei abgeschaltetem thermoakustischen Kühler und so lange, bis ein bestimmter Temperaturwert erreicht oder überschritten ist. Anschließend wird der Kühlkreislauf wie oben beschrieben wieder in Betrieb genommen und es erfolgt eine Kühlung des Kühl- bzw. Gefrierraumes mittels des von dem kalten Wärmeträgermedium durchströmten kalten Wärmetauschers.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass der warme und kalte Kreislauf eines Kühlgerätes mit thermoakustischem Kühler effizienter und auf einfache und kostengünstige Art betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass ein Kühl- und/oder Gefriergerät wenigstens einen thermoakustischen Kühler, wenigstens einen kalten Wärmetauscher zur Kühlung wenigstens eines Kühl- und/oder Gefrierraumes des Kühl- und/oder Gefriergerätes sowie wenigstens einen warmen Wärmetauscher zur Wärmeabfuhr vom Kühl- und/oder Gefriergerät aufweist. Dabei sind passive Wärmeübertragungsmittel vorgesehen, mittels derer zumindest teilweise Wärme zwischen dem kalten Wärmetauscher und dem thermoakustischen Kühler und/oder zwischen dem warmen Wärmetauscher und dem thermoakustischer Kühler übertragbar ist, und/oder aktive Wärmeübertragungsmittel vorgesehen, mittels derer zumindest teilweise Wärme zwischen dem kalten Wärmetauscher und dem thermoakustischen Kühler und/oder zwischen dem warmen Wärmetauscher und dem thermoakustischer Kühler übertragbar ist. Insbesondere ist dabei von Vorteil, dass durch den Einsatz passiver Wärmeübertragungsmittel und/oder durch die Kombination von passiven und aktiven Wärmeübertragungsmitteln die Effizienz des Kühl- und/oder Gefriergerätes verbessert werden kann. Passive Wärmeübertragungsmittel sind dabei Wärmeübertragungsmittel, die insbesondere ohne eine externe Energiequelle und insbesondere ohne Fluidpumpen auskommen können. Von Vorteil ist es, wenn in den passiven Wärmeübertragungsmitteln die Wärmeübertragung durch Verdampfung und Kondensation erreicht wird. Durch die dabei ausgenutzte Verdampfungsenthalpie kann mehr Wärme übertragen werden als durch den Transport z.B. von Flüssigkeiten. So kann bei einfachem Aufbau eine effiziente Wärmeübertragung zwischen Komponenten des Kühlkreislaufs erreicht werden.
  • Es ist denkbar, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel wenigstens ein Wärmerohr und/oder wenigstens einen Thermosiphon und/oder wenigstens ein Heatpipe umfassen. Von Vorteil ist dabei, dass Wärmerohre, Thermosiphons und/oder Heatpipes gängige und gut verfügbare passive Wärmeübertragungsmittel sind. Ferner ist diese Art von passiven Wärmeübertragungsmitteln bereits erprobt und als zuverlässig bekannt. Sie lassen sich daher ohne Weiteres beispielsweise zusätzlich, etwa zur Verbesserung der Wärmeübertragung bzw. Wärmeabfuhr aus dem Kühl- und/oder Gefriergerät mit thermoakustischem Kühler einsetzen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass Wärme zwischen dem kalten Wärmetauscher und dem thermoakustischen Kühler und/oder zwischen dem warmen Wärmetauscher und dem thermoakustischer Kühler ausschließlich durch passive Wärmeübertragungsmittel übertragbar ist. Ein derartiges System weist den Vorteil auf, dass es ohne Pumpen im Kühlkreislauf auskommen kann. Hierdurch wird weniger Energie verbraucht, so dass das Gerät insgesamt energieeffizienter betrieben werden kann. Ferner kann durch die Nutzung der Verdampfungsenthalphie beispielsweise bei als Wärmerohren ausgeführten passiven Wärmeübertragungsmitteln mehr Wärme übertragen werden als durch reine Flüssigkeiten. Somit ist es möglich, beispielsweise bei geringem Bauraumerfordernis die gleiche Wärmemenge verglichen mit herkömmlichen pumpenbetriebenen Fluidkreisläufen zu übertragen.
  • Des weiteren ist möglich, dass die aktiven Wärmeübertragungsmittel wenigstens eine Pumpe und ein mit der Pumpe in einem Kreislauf geführtes Wärmeträgermedium umfassen. Insbesondere in dem Fall, dass eine Kombination von aktiven und passiven Wärmeübertragungsmitteln vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, die aktiven Wärmeübertragungsmittel mit bewährten Komponenten aufzubauen. Hierdurch kann die Ausfallsicherheit und die Standzeit dieser Komponenten bzw. die Kosten dieser Komponenten vorteilhaft gestaltet werden.
  • Es ist möglich, dass das Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität und/oder geringer Viskosität ist.
  • Bevorzugt wird es, wenn das Wärmeträgermedium eine Wasser-Propylenglykolmischung ist.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Pumpe mit einer Steuer- und/oder Regelungseinheit des Kühl- und/oder Gefriergerätes in Verbindung steht und wobei die Pumpe mittels der Steuer- und/oder Regelungseinheit steuer- und/oder regelbar ist. Bei der Steuer- und/oder Regelungseinheit kann es sich um die zentrale Steuer- und Regelungseinheit des Kühl- und/oder Gefriergerätes handeln. Genausogut kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass es sich dabei um eine gesonderte Steuer- und/oder Regelungseinheit handelt, die gegebenenfalls mit der zentralen Steuer- und/oder Regelungseinheit des Kühl- und/oder Gefriergerätes in Verbindung steht. In Abhängigkeit z.B. von der Temperatur im Kühlraum und/oder Gefrierraum des Kühl- und/oder Gefriergerätes kann somit bei Bedarf die Pumpe zur Wärmeabfuhr in Betrieb gesetzt werden und auch hinsichtlich ihrer Pumpleistung beeinflußt werden. Denkbar ist dabei, dass ständig eine Wärmeabfuhr aus dem Kühlraum durch passive Wärmeübertragungsmittel in Form von Wärmerohren durchgeführt wird und dass in Abhängigkeit von der Temperatur im Innenraum durch die aktiven Wärmeübertragungsmittel diese Temperatur im Innenraum derart beeinflußt wird, dass sie möglichst konstant auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt werden kann. Dieser Sollwert kann beispielsweise durch den Nutzer vorgegeben werden. Durch eine derartige Ausgestaltung ergibt sich ferner der Vorteil, dass ein im Inneren des Kühl- und/oder Gefriergerätes befindliches Fach sowohl als Kühlfach als auch als Gefrierfach betrieben werden kann.
  • Weiterhin ist denkbar, dass der Kreislauf zur Führung des Wärmeträgermediums Steckverbindungssysteme zur Verbindung von Rohren und/oder Schläuchen aufweist. Durch den Einsatz einfacher Steckverbindungssysteme aus Kunststoff, z.B. "John Guest"-Verbindungssysteme können Rohre oder Schläuche durch einfaches Aufstecken miteinander fluiddicht verbunden werden. Hierdurch kann der Montageprozeß vereinfacht und Produktionskosten gesenkt werden.
  • Des weiteren ist denkbar, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel ein Arbeitsmedium enthalten, wobei das Arbeitsmedium wenigstens teilweise wenigstens eines der Kältemittel Wasser, Methanol, Ethanol und/oder Ammoniak enthält. Diese Arbeitsmedien weisen den Vorteil auf, dass sie in einem für ein Kühl- und/oder Gefriergerät vorteilhaften Temperaturbereich betrieben und für die Wärmeübertragung verwendet werden können.
  • Bevorzugt wird es, wenn die passiven Wärmeübertragungsmittel zumindest teilweise aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung bestehen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen und zudem korrosionsbeständig sind. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel durch die Anwesenheit von Kupfer eine bakterizide Wirkung aufweisen, wodurch die Hygiene in und um das Kühl- und/oder Gefriergerät verbessert werden kann.
  • Es kann weiter vorgesehen sein, dass der thermoakustische Kühler zwei oder mehr als zwei Wärmetauschereinheiten umfaßt, in denen eine Erwärmung und/oder Abkühlung des diese durchströmenden und/oder in diesen enthaltenen Wärmeträgermediums erfolgt.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauschereinheiten des thermoakustischen Kühlers aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen oder ein solches Material aufweisen.
  • Darüber hinaus ist denkbar, dass der thermoakustische Kühler ein Schallwellenabgabemittel, eine dem warmen Wärmetauscher zugeordnete warme Wärmetauschereinheit, einen Stack und eine dem kalten Wärmetauscher zugeordnete kalte Wärmetauschereinheit aufweist. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die vom Schallwellenabgabemittel abgestrahlten Schallwellen direkt auf die dem warmen Teilkreislauf zugeordnete Wärmetauschereinheit gerichtet sind. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass durch Umpolung bzw. Frequenz- und/oder Amplitudenumkehrung durch das Schallwellenabgabemittel eine Abtauung des thermoakustischen Kühlers sowie insbesondere des kalten Wärmetauschers und dem dem kalten Wärmetauscher zugeordneten Kühl- und/oder Gefrierraum erfolgen kann. Der thermoakustischer Kühler bzw. das Schallwellenabgabemittel kann hierzu mit der Steuerung- und/oder Regelung des Kühl- und/oder Gefriergerätes in Verbindung stehen.
  • Es ist denkbar, dass die dem warmen Wärmetauscher zugeordnete warme Wärmetauschereinheit und der warme Wärmetauscher ausschließlich mit passiven Wärmeübertragungsmitteln verbunden sind und dass die dem kalten Wärmetauscher zugeordnete kalte Wärmetauschereinheit und der kalte Wärmetauscher mit aktiven und/oder passiven Wärmeübertragungsmitteln verbunden sind.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die die dem kalten Wärmetauscher zugeordnete kalte Wärmetauschereinheit und der kalte Wärmetauscher ausschließlich mit passiven Wärmeübertragungsmitteln verbunden sind und dass die dem warmen Wärmetauscher zugeordnete warme Wärmetauschereinheit und der warme Wärmetauscher mit aktiven und/oder passiven Wärmeübertragungsmitteln verbunden sind.
  • Sowohl im Falle der aktiven als auch in Falle der passiven Wärmeübertragungsmittel kann vorgesehen sein, dass Flüssigkeiten zum Einsatz kommen, die PCMs (Phase Change Materials) enthalten, die in der Flüssigkeit im warmen Kreislauf ihre Phase von gasförmig/flüssig und/oder flüssig/fest ändern und im kalten Kreislauf ihre Phase von flüssig/gasförmig und/oder fest/flüssig ändern.
  • Grundsätzlich sind Phasenänderungen über eine oder auch über zwei Phasengrenzen möglich und von der Erfindung mit umfaßt.
  • Des Weiteren kann sowohl im Falle der aktiven als auch in Falle der passiven Wärmeübertragungsmittel vorgesehen sein, dass Flüssigkeiten zum Einsatz kommen, die keine PCMs aufweisen, jedoch selbst ihre Phase z.B. zwischen flüssig und fest oder zwischen fest und gasförmig oder jeweils umgekehrt ändern. In Betracht kommt beispielsweise Slush oder Slurry Ice.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile sollen nun anhand eines in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben werden. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Zeichnung eines Kreislaufs mit thermoakustischem Kühler,
    Fig. 2:
    eine schematische Zeichnung von passiven Wärmeübertragungsmitteln und
    Fig. 3:
    eine schematische Zeichnung des warmen Wärmetauschers in Zusammenhang mit den passiven Wärmeübertragungsmitteln.
  • Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs für ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem thermoakustischen Kühler 10. Dabei befindet sich der thermoakustische Kühler 10 zwischen einem kalten Wärmetauscher 20 und einem warmen Wärmetauscher 30, die jeweils mit passiven Wärmeübertragungsmitteln 22, 32 mit dem thermoakustischen Kühler 10 verbunden sind.
  • Der kalte Wärmetauscher 20 ist dabei einem Kühl- und/oder Gefrierraum 40 des Kühl- und/oder Gefriergerätes zugeordnet und dient der Kühlung bzw. der Wärmeabfuhr aus dem Kühl- und/oder Gefrierraum 40.
  • Der thermoakustische Kühler 10 umfasst zwei Wärmetauschereinheiten 14, 18, 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. Die durch den Resonator 12 erzeugten Schallwellen werden durch die Gasmoleküle im Stack 16 erwärmt und transportieren Wärme von dem kalten Wärmeüberträger 18 auf den warmen Wärmeüberträger 14. Dementsprechend wird es möglich, mittels der passiven Wärmeüberträger 22, 32 den kalten Wärmetauscher 20 abzukühlen bzw. Wärme aus diesem abzuführen und Wärme mittels der passiven Wärmeübertragungsmittel 32 zum warmen Wärmetauscher 30 abzuführen, um vom warmen Wärmetauscher 30 Wärme an die Umgebung abgeben zu können.
  • Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass neben den passiven Wärmeübertragungsmitteln 22, 32 aktive, nicht näher dargestellte Wärmeübertragungsmittel vorgesehen sein können, beispielsweise in Form von mit Pumpen betriebenen Fluidkreisläufen, die vorzugsweise als Wärmeträgermedium eine Wasser-Propylenglykolmischung aufweisen.
  • Fig. 2 zeigt Ausführungsbeispiele der passiven Wärmeübertragungsmittel 22, die den kalten Wärmetauschern 20 zugeordnet sind. Dabei können, wie links dargestellt, die passiven Wärmeübertragungsmittel 22 als länglich ausgebildete Wärmerohre 22 ausgeführt sein, in denen sich, wie durch den Pfeil innerhalb des Wärmerohres 22 angedeutet, als Arbeitsmedium 25 eine Gas- bzw. Flüssigphase 25 bewegt. Als Gasphase 25 kommt beispielsweise CO2 oder als Flüssigphase 25 auch H2O in Betracht. Insbesondere ist alternativ oder zusätzlich vorteilhaft denkbar, dass das Arbeitsmedium 25 eines der Kältemittel Methanol, Ethanol oder Ammoniak enthält.
  • Die passiven Wärmeübertragungsmittel 22 können jedoch ebenfalls und/oder zusätzlich, wie dies in Fig. 2 auf der rechten Seite dargestellt ist, als ringförmiges, unendliches Wärmerohr 22 ausgeführt sein, das als offenes System mit oder ohne innenliegender Kapillarstruktur ausgeführt ist. Grundsätzlich gilt bei den in Fig. 2 dargestellten Ausführungsformen der passiven Wärmeübertragungsmittel 22, dass der gewünschte Verdampfungspunkt über den Druck eingestellt werden kann. Die passiven Wärmeübertragungsmittel 22 sind mit ihrem den kalten Wärmetauschern 20 abgewandten Enden der kalten Wärmetauschereinheit 18 zugewandt bzw. zugeordnet.
  • Die in beidseitiger Richtung eingezeichneten Bewegungspfeile des Arbeitsmediums 25 zeigen an, dass durch Umpolung des thermoakustischen Kühlers 10 ein Abtauvorgang der kalten Wärmetauscher 20 durchgeführt werden kann. Hierzu wird während des Abtauvorgangs Wärme über die Wärmerohre 22 zu den kalten Wärmetauschern 20 von der nunmehr erwärmten, im Normalbetrieb kalten Wärmetauschereinheit 18 gepumpt.
  • Grundsätzlich ist ebenfalls denkbar, dass das Arbeitsmedium 25 in den passiven Wärmeübertragungsmittel ähnlich dem Stack 16 sich zur Wärmeübertragung oszillierend hin- und her bewegt.
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine mögliche Ausgestaltung der warmen Seite des Kühlsystems für ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit thermoakustischem Kühler. Dabei sind an der warmen Wärmetauschereinheit 14 mehrere passive Wärmeübertragungsmittel 32 vorgesehen, die zur Wärmeübertragung von der warmen Wärmetauschereinheit 14 zum Wärmetauscher 30 auf der warmen Seite dienen. Der Wärmetauscher 30 ist dabei körperlich an den passiven Wärmeübertragungsmitteln 32, die beispielsweise als Wärmerohr bestehend aus Kupfer ausgeführt sein können. Die körperliche Verbindung des warmen Wärmetauschers 30 mit den Wärmerohren 32 kann beispielsweise durch Kleben oder Löten, aber auch durch eine formschlüssige Verbindung erreicht werden. Die Wärmeabfuhr aus dem bzw. vom Kühl- und/oder Gefriergerät erfolgt über den vorzugsweise an der Rückseite des Kühl- und/oder Gefriergerätes angebrachten warmen Wärmetauscher 30 an die Umgebung.
  • Grundsätzlich gilt für die in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele der Wärmeübertragung mit passiven Wärmeübertragungsmitteln 22 vom kalten bzw. von den kalten Wärmetauschern 20 zur kalten Wärmetauschereinheit 18 des thermoakustischen Kühlers 10 sowie dem bzw. den warmen Wärmetauscher/n 30 zur warmen Wärmetauschereinheit 14 des thermoakustischen Kühlers 10, dass zusätzlich aktive Wärmeübertragungsmittel in Form von pumpenbetriebenen Wärmeträgermediumkreisläufen vorgesehen sein können. So kann beispielsweise ein pumpenbetriebener Wärmeträgermediumkreislauf zur Wärmeabfuhr aus den kalten Wärmetauschern 20 hin zur kalten Wärmetauschereinheit 18 des thermoakustischen Kühlers 10 vorgesehen sein. Genausogut kann vorgesehen sein, dass zusätzlich ein pumpenbetriebener Wärmeträgermediumkreislauf zwischen der warmen Wärmetauschereinheit 14 und dem warmen Wärmetauscher 30 zur Wärmeabfuhr vorgesehen ist.

Claims (15)

  1. Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem thermoakustischen Kühler (10), mit wenigstens einem kalten Wärmetauscher (20) zur Kühlung wenigstens eines Kühl- und/oder Gefrierraumes (40) des Kühl- und/oder Gefriergerätes sowie mit wenigstens einem warmen Wärmetauscher (30) zur Wärmeabfuhr vom Kühl- und/oder Gefriergerät,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass passive Wärmeübertragungsmittel (22, 32) vorgesehen sind, mittels derer zumindest teilweise Wärme zwischen dem kalten Wärmetauscher (20) und dem thermoakustischen Kühler (10) und/oder zwischen dem warmen Wärmetauscher (30) und dem thermoakustischer Kühler (10) übertragbar ist,
    und/oder dass aktive Wärmeübertragungsmittel vorgesehen sind, mittels derer zumindest teilweise Wärme zwischen dem kalten Wärmetauscher (20) und dem thermoakustischen Kühler (10) und/oder zwischen dem warmen Wärmetauscher (30) und dem thermoakustischer Kühler (10) übertragbar ist.
  2. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel (22, 32) wenigstens ein Wärmerohr und/oder wenigstens einen Thermosiphon und/oder wenigstens ein Heatpipe umfassen.
  3. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme zwischen dem kalten Wärmetauscher (20) und dem thermoakustischen Kühler (10) und/oder zwischen dem warmen Wärmetauscher (30) und dem thermoakustischer Kühler (10) ausschließlich durch passive Wärmeübertragungsmittel (22, 32) übertragbar ist.
  4. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Wärmeübertragungsmittel wenigstens eine Pumpe und ein mit der Pumpe in einem Kreislauf geführtes Wärmeträgermedium umfassen.
  5. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität und/oder geringer Viskosität ist.
  6. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium eine Wasser-Propylenglykolmischung ist und/oder eine Flüssigkeit ist, die PCMs (Phase Change Materials) enthält und/oder bei Wärmezu- bzw. -abfuhr selbst ihre Phase ändert.
  7. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe mit einer Steuer- und/oder Regelungseinheit des Kühl- und/oder Gefriergerätes in Verbindung steht und wobei die Pumpe mittels der Steuer- und/oder Regelungseinheit steuer- und/oder regelbar ist.
  8. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf zur Führung des Wärmeträgermediums Steckverbindungssysteme zur Verbindung von Rohren und/oder Schläuchen aufweist.
  9. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel (22, 32) ein Arbeitsmedium (25) enthalten, wobei das Arbeitsmedium (25) wenigstens teilweise wenigstens eines der Kältemittel Wasser, Methanol, Ethanol und/oder Ammoniak und/oder eine Flüssigkeit enthält oder aus dieser besteht, die PCMs (Phase Change Materials) enthält und/oder bei Wärmezu- bzw. - abfuhr selbst ihre Phase ändert.
  10. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Wärmeübertragungsmittel (22, 32) zumindest teilweise aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung bestehen.
  11. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Kühler (10) zwei oder mehr als zwei Wärmetauschereinheiten (14, 18) umfaßt, in denen eine Erwärmung und/oder Abkühlung des diese durchströmenden und/oder in diesen enthaltenen Wärmeträgermediums erfolgt.
  12. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheiten (14, 18) des thermoakustischen Kühlers (10) aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen oder ein solches Material aufweisen.
  13. Kühl- und/oder Gefriergerät nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Kühler (10) ein Schallwellenabgabemittel (12), eine dem warmen Wärmetauscher (30) zugeordnete warme Wärmetauschereinheit (14), einen Stack (16) und eine dem kalten Wärmetauscher (20) zugeordnete kalte Wärmetauschereinheit (18) aufweist.
  14. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die die dem warmen Wärmetauscher (30) zugeordnete warme Wärmetauschereinheit (14) und der warme Wärmetauscher (30) ausschließlich mit passiven Wärmeübertragungsmitteln (32) verbunden sind und dass die dem kalten Wärmetauscher (20) zugeordnete kalte Wärmetauschereinheit (18) und der kalte Wärmetauscher (20) mit aktiven und/oder passiven Wärmeübertragungsmitteln (22) verbunden sind.
  15. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die die dem kalten Wärmetauscher (20) zugeordnete kalte Wärmetauschereinheit (18) und der kalte Wärmetauscher (20) ausschließlich mit passiven Wärmeübertragungsmitteln (22) verbunden sind und dass die dem warmen Wärmetauscher (30) zugeordnete warme Wärmetauschereinheit (14) und der warme Wärmetauscher (30) mit aktiven und/oder passiven Wärmeübertragungsmitteln (32) verbunden sind.
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