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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einem gekühlten Innenraum und mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf zur Kühlung des genannten Innenraums, der von wenigstens einer Wandung begrenzt ist, wobei der Kältemittelkreislauf wenigstens einen Verdampfer umfasst, dem wenigstens ein Wärmespeicher zugeordnet ist, der wenigstens ein Latentwärmespeichermedium enthält.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zur Kühlung des Innenraums eines Kühl- und/oder Gefriergerätes ein Wärmeübergang direkt von dem Innenraum auf den Verdampfer oder im Falle eines eingeschäumten Verdampfers von dem Innenraum durch die Innenbehälterwandung auf den Verdampfer erfolgt. Die angestrebte Verringerung des Energieverbrauchs des Gerätes wurde bislang durch eine Verbesserung der Wärmeisolierung des Gerätes und/oder durch eine Optimierung der kältetechnischen Bauteile und der Regelstrategie zur Erzielung der gewünschten Temperatur erzielt.
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Aus dem Stand der Technik es weiterhin bekannt, Kühlgeräte mit einem dem Verdampfer zugeordneten Latentwärmespeichermedium auszustatten, um eine weitere Effizienzverbesserung zu erzielen. Ein solches Gerät ist beispielsweise aus der
EP 2 686 624 B1 bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift offenbarten Gerät befindet sich das Latentwärmespeichermedium, das im Folgenden auch als PCM (Phase-Change-Material) bezeichnet wird, in einem Trägermaterial, in dem das PCM tröpfchenweise gebunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dessen Energieeffizienz gegenüber bekannten Geräten weiter verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher insgesamt oder wenigstens bereichsweise als Schicht ausgebildet ist, die unmittelbar oder mittelbar an die wenigstens eine genannte Wandung angrenzt. Bei der genannten Wandung handelt es sich beispielsweise um die Innenbehälterwandung oder einen Teil von dieser oder um die Innenwand der Tür oder eines sonstigen Verschlusselementes des Gerätes. Diese Innenwand begrenzt zusammen mit dem Innenbehälter den gekühlten Innenraum des Gerätes.
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Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung, das Latentwärmespeichermedium tröpfchenweise anzuordnen, liegt der vorliegenden Erfindung der Gedanke zugrunde, das Latentwärmespeichermedium flächig in Form einer oder mehrerer Schichten anzuordnen. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Schicht großflächig.
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Sie kann beispielsweise die Größe einer oder mehrerer Wandungen des Innenbehälters, wie z. B. der Seitenwand und/oder der Rückwand etc. aufweisen oder auch kleiner ausgeführt sein. Auch ist es denkbar, dass sich die Schicht über die gesamte Wandung bzw. den gesamten Innenbehälter erstreckt, d. h. diesen auf seiner Außenseite gleichsam ummantelt. Entsprechende Ausführungen gelten für den Fall, dass der Wärmespeicher auf der Innenseite der wenigstens einen Wandung angeordnet ist.
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Wie ausgeführt, kann die Schicht auch an der Innenseite der Tür, Klappe, Deckel, Front einer Lade etc. angeordnet sein. Sie kann sich dort vollflächig über die Fläche der Innenseite oder auch nur über einen Teilbereich von dieser erstrecken.
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Durch die vergleichsweise große Fläche des Latentwärmespeichermediums wird aufgrund der Nutzung der latenten Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe während der Phasenumwandlung des PCM, d. h. des Latentwärmespeichermediums der Energieverbrauch eines Kühl- bzw. Gefriergerätes, wie z. B. einer Gefriertruhe reduziert.
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Das PCM fungiert als Wärmespeicher, der die Wärmeabfuhr aus dem gekühlten Innenraum verbessert.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher auf der Seite der Wandung angeordnet ist, die von dem gekühlten Innenraum abgewandt ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich das schichtweise vorhandene Latentwärmespeichermedium vollständig oder teilweise parallel zu der wenigstens einen Wandung, insbesondere parallel zu der oder den Innenbehälterwandungen erstreckt.
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Das Latentwärmespeichermedium kann insgesamt oder nur bereichsweise schichtförmig bzw. plattenförmig ausgebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher als gekapseltes Gebilde ausgeführt ist, das mittelbar oder unmittelbar mit der Wandung in Verbindung steht. Das gekapselte PCM kann dann beispielsweise an die Wandung angebracht oder in einen Aufnahmebereich eingebracht werden, der an der Wandung angeordnet ist.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein”, „eine”, „der” oder „die” nicht zwingend auf das Vorhandensein genau eines der fraglichen Elemente verweist, wenngleich auch diese Ausführungsform von der Erfindung mit umfasst ist, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente umfasst.
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Denkbar ist es beispielsweise, dass die Wandung bzw. der Innenbehälter und/oder die Innenseite eines Verschlusselementes mehrschichtig aufgebaut ist, wobei zwischen zwei der Schichten ein Hohlraum angeordnet ist, in dem sich das PCM befindet, das vorzugsweise gekapselt ist. In diesem Fall ergibt sich eine Sandwich-Bauweise (Wandung-PCM-Wandung), die eine einfachere fertigungstechnische Einbindung des PCM in die Innenbehälterfertigung ermöglicht. Dadurch kann ohne größere Änderungen am restlichen Fertigungsprozess eine normale Variante (ohne PCM) und eine energiesparende Variante (mit PCM) erzeugt werden.
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Denkbar ist es, dass das Gerät zumindest einen Korpus aufweist, in dem der gekühlte Innenraum angeordnet ist und dass sich in dem Korpus wenigstens ein Wärmeisolationsmaterial, insbesondere eine Ausschäumung befindet, an das der Wärmespeicher unmittelbar oder mittelbar angrenzt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Verdampfer mit dem Wärmespeicher oder dessen Kapselung unmittelbar in Kontakt steht.
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Ist der Kompressor des Kältemittelkreislaufes in Betrieb, gibt der Wärmespeicher Wärmeenergie u. a. aus der Phasenumwandlung (z. B. flüssig – fest) an den Verdampfer ab und nimmt gleichzeitig Wärmeenergie aus dem gekühlten Innenraum auf. Ist der Kompressor ausgeschaltet, nimmt der Wärmespeicher Wärme aus dem gekühlten Innenraum auf und der Phasenwechsel erfolgt in die umgekehrte Richtung (z. B. fest – flüssig).
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Die vorgenannten Phasenübergänge sind exemplarischer Natur, von der Erfindung ist auch jeder andere denkbare Phasenwechsel (z. B. flüssig – gasförmig bzw. gasförmig – flüssig) mit umfasst.
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Durch das deutlich vergrößerte Energiespeichervolumen kann die Lauf- und Stehzeit des Kompressors vergrößert werden, ohne dass dabei größere Schwankungen bei der Temperatur in dem gekühlten Innenraum auftreten. Durch die verlängerte Zykluszeit des Kompressors tritt im selben Beobachtungszeitraum die Leistungsspitze beim Kompressorstart seltener auf, was zu einem verringerten Energieverbrauch des Gerätes führt.
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In einer Ausführungsform enthält der Wärmespeicher ausschließlich ein oder mehrere Latentwärmspeichermedien. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass der Wärmespeicher weitere Medien enthält. In Betracht kommt beispielsweise eine Wärmeleitmasse. Durch eine Wahl des Mischungsverhältnisses kann die gewünschte Energiespeicherfähigkeit eingestellt werden.
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Wie oben ausgeführt, kann sich der Wärmespeicher in dem Korpus des Gerätes und/oder in dem Verschlusselement, wie z. B. in der Tür, Klappe, Deckel, Front einer Lade etc. befinden, mittels dessen der gekühlte Innenraum verschließbar ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das PCM seinen Phasenwechsel bei einem Temperaturbereich vollzieht, der die Solltemperatur des gekühlten Innenraums mit einschließt. Somit kann eine über die Zeit gleichmäßigere Temperatur in dem gekühlten Innenraum erreicht werden, d. h. zeitliche Schwankungen der Temperatur werden geringer.
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In einer denkbaren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Latentwärmespeichermedium einen Phasenübergang bei einer Temperatur von > –25°C, vorzugsweise von > –20°C aufweist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Latentwärmespeichermedium einen Phasenübergang bei einer Temperatur von < –5°C, vorzugsweise von < –10°C aufweist.
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Bei den vorgenannten Temperaturen handelt es sich nur um beispielhafte Werte. Grundsätzlich kann beispielsweise auch ein Latentwärmespeichermedium eingesetzt werden, dessen Phasenübergang in einem Bereich > 0°C, beispielsweise im Bereich von 5°C bis 15°C stattfindet.
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Wie oben ausgeführt, kann die Wandung vollflächig oder nur teilweise mit einem Wärmespeicher versehen sein.
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Vorzugsweise liegt die Dicke der Schicht des Wärmespeichers über der Dicke der Wandung und unter der Wandung der Wärmeisolation des Gerätekorpus.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: einen Längsschnitt durch ein Kühl- bzw. Gefriergerät gemäß der Erfindung und
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2: eine Darstellung des Energiegehaltes des Latentwärmespeichermediums über die Temperatur.
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1 zeigt eine Schnittansicht durch den Korpus eines Kühl- und/oder Gefriergerätes.
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Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Wärmedämmung, wie z. B. ein PU-Schaum, gekennzeichnet, die die Aufgabe hat, den Wärmeeintrag aus der Umgebung in den gekühlten Innenraum 100 des Gerätes so gering wie möglich zu halten.
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Angrenzend an diese Wärmedämmung 10 ist der mehrschichtige Innenbehälter 20 angeordnet, der eine Außenwand 22 aufweist, die an die Wärmedämmung 10 angrenzt und der eine davon beabstandete Innenwand 24 aufweist, die den gekühlten Innenraum 100 begrenzt.
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Zwischen der Innenwand 24 und der Außenwand 22 befindet sich ein Hohlraum 26, der teilweise oder vollständig von einem Latentwärmespeichermedium 30 gefüllt ist, worunter ein Medium verstanden wird, das in dem für ein Kühl- und/oder Gefriergerät relevanten Temperaturbereich einen Phasenwechsel durchführt.
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Wie dies aus 1 hervorgeht, ist das Latentwärmespeichermedium als Schicht ausgebildet, die parallel zu den Wandungen des Innenbehälters verläuft.
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Die Dicke dieser Schicht 30 ist größer als die Dicke jeder der Wandungen 22, 24.
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Das Bezugszeichen 40 kennzeichnet ein eingeschäumtes Verdampferrohr eines Verdampfers eines Kältemittelkreislaufes, dessen weitere nicht dargestellte Bestandteile den Kompressor, den Verflüssiger und ein Drosselelement bilden, die in 1 nicht dargestellt sind. Das Verdampferrohr 40 steht unmittelbar mit der Außenwand 22 des Innenbehälters 20 in Kontakt oder ist von dieser beabstandet.
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Das Latentwärmespeichermedium 30 ist gekapselt, d. h. ist von einer Umhüllung umgeben.
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Das gekapselte Latentwärmespeichermedium 30 wird großflächig über den mehrschichtigen Innenbehälter 20 eingebracht. Dieser mehrschichtige Aufbau wird als Halbzeug vor der Innenbehälterfertigung erzeugt. Die Formgebung und die Aufbringung des Verdampferrohres erfolgen analog der üblichen bekannten Vorgehensweise. Die Sandwich-Bauweise ermöglicht eine einfache fertigungstechnische Einbindung des PCM in die Innenbehälterfertigung.
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Wesentliche Änderungen am sonstigen Fertigungsprozess sind somit nicht erforderlich.
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Wird das Latentwärmespeichermedium mit einer Wärmeleitmasse gemischt, kann mittels des Mischungsverhältnisses eine Energiespeicherfähigkeit auf den gewünschten Bereich eingestellt werden.
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Für die Wärmeübertragung von dem gekühlten Innenraum auf den Verdampfer steht eine ausreichend große Masse an PCM mit einer großen Übertragungsfläche zur Verfügung, was einen guten Wärmeübergang zur Folge hat.
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Ist der Kompressor eingeschaltet, entzieht der Verdampfer Wärmeenergie aus dem PCM, wodurch dieses einen Phasenwechsel erfährt und zudem Wärme aus dem gekühlten Innenraum aufnimmt.
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Ist der Kompressor ausgeschaltet, nimmt das PCM-Material Wärme aus dem gekühlten Innenraum auf, wodurch sich ein Phasenwechsel in der umgekehrten Richtung ergibt.
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Dies hat zur Folge, dass die Ein- und die Ausschaltzeiten des Kompressors gegenüber bekannten Geräten verlängert sind, ohne dass sich größere Schwankungen in der Innenraumtemperatur ergeben.
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Pro Zeiteinheit ergeben sich damit auch weniger Leistungsspitzen beim Kompressorstart, was zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs des Gerätes führt.
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Ein weiterer Vorteil des Einsatzes des PCM ist eine Verlängerung der Lagerzeit bei einer Störung des Gerätes, wie z. B. bei einem Stromausfall.
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2 zeigt auf der Ordinate den Energiegehalt bzw. die Wärmeabgabe des Latentwärmespeichermediums und auf der Abszisse dessen Temperatur.
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Der Bereich des Phasenübergangs liegt in dem in 2 gezeigten Beispiel in der Spanne von ca. –17,5°C und –12,5°C. Durchläuft die Temperatur des Latentwärmespeichermediums im Betrieb des Gerätes diesen Bereich, ergibt sich eine besonders große Wärmeaufnahmekapazität, da der Phasenwechsel mit hohen Wärmemengen verbunden ist, die dem Latentwärmespeichermedium zu- oder abgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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