ХОЛОДИЛЬНОЕ И/ИЛИ МОРОЗИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
REFRIGERATING AND / OR FREEZING DEVICE

Данное изобретение относится к холодильному и/или морозильному устройству, содержащему по меньшей мере одно охлаждаемое внутреннее пространство и по меньшей мере один термоэлектрический элемент, в частности, по меньшей мере один элемент Пельтье, который расположен так, что внутреннее пространство охлаждается с помощью термоэлектрического элемента.
При открывании холодильных и/или морозильных устройств в охлаждаемое внутреннее пространство входит теплый воздух. За счет охлаждения воздуха понижается давление насыщенного пара, что приводит к конденсации влаги из воздуха на холодных поверхностях охлаждаемого внутреннего пространства.
В известных из уровня техники холодильных и/или морозильных устройствах конденсат собирается за счет выполнения холодильной системы и через отводящий желоб или т.п. направляется наружу. Там он собирается в чаше для конденсата, которая может находиться над компрессором. На основании отходящего тепла компрессора вода в чаше испаряется.
В термоэлектрическом холодильном и/или морозильном устройстве по соображениям эффективности целесообразно удерживать разницу температуры на тепловом насосе значительно меньшей, чем в компрессорной холодильной машине. Это приводит к тому, что в охлаждаемом внутреннем пространстве нет значительно более холодной стенки, на которой происходит конденсация, и что снаружи на устройстве нет места с локально повышенной температурой, которое можно использовать для испарения конденсата.
В основу данного изобретения положена задача дальнейшего усовершенствования холодильного и/или морозильного устройства указанного вначале вида, так что происходит надежное испарение выводимого из охлаждаемого внутреннего пространства конденсата.
Эта задача решена с помощью холодильного и/или морозильного устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с этим, имеются средства для испарения конденсата, которые имеют находящийся снаружи охлаждаемого внутреннего пространства теплообменник. Под понятием теплообменник понимается любой элемент, который имеет температуру, которая достаточна для испарения конденсата.
В одном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что теплообменник образован теплой стороной термоэлектрического элемента или с помощью элемента, который находится в теплопроводящем соединении с теплой стороной термоэлектрического элемента с возможностью передачи тепла, в частности, проводимости тепла. Этот термоэлектрический элемент может быть одновременно расположен так, что он своей холодной стороной охлаждает внутреннее пространство устройства.
Такая система может работать стационарно с помощью управляющего или регулировочного блока, т.е. термоэлектрический элемент работает с постоянной мощностью или, соответственно, с мощностью, которая требуется для удерживания постоянной температуры в охлаждаемом внутреннем пространстве и является в каждом случае независимой от возникающего конденсата.
Для этого возможно, что на поверхности в охлаждаемом внутреннем пространстве устройства, на которой на основании расположения термоэлектрического охлаждения имеется наименьшая температура, предусмотрено приспособление для сбора и отвода конденсата. Он отводится из устройства и попадает в сборную чашу, которая, например, расположена вокруг зоны наружной оболочки, в которой имеется повышенная температура.
Эти меры могут быть достаточными для умеренных климатических условий.
Для условий или, соответственно регионов с особенной большой влажностью воздуха количество возникающей влаги может быть настолько большим, что, с одной стороны, на основании небольшой разницы температур, т.е. небольшого температурного градиента во внутреннем пространстве, конденсация больше не происходит локально в наиболее холодной точке. Другая проблема состоит в том, что температура в зоне испарения не является достаточно высокой для испарения всего конденсата.
Для противодействия этому в другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что имеется управляющий или, соответственно, регулировочный блок для выполнения одного или нескольких циклов конденсации. Этот блок выполнен так, что он во время цикла конденсации повышает разницу температур с целью конденсации и/или испарения.
Это означает, что во время цикла конденсации мощность, например, термоэлектрического элемента увеличивается так, что его температура в охлаждаемом внутреннем пространстве понижается по сравнению с нормальной работой, при которой нет цикла конденсации, и/или что температура термоэлектрического элемента на наружной стороне устройства повышается по сравнению с нормальной работой, при которой нет цикла конденсации.
Цикл конденсации может осуществляться с определенными, возможно регулярными интервалами времени или в зависимости от одного или нескольких параметров. Одним таким параметром является, например, влажность воздуха и/или количество образуемого конденсата. Эти параметры могут подаваться в управляющий или регулировочный блок, который затем в зависимости от них инициирует цикл конденсации или обеспечивает дальше работу устройства в нормальном режиме.
Возможно, что предусмотрены средства, с помощью которых обеспечивается возможность определения, имеется ли конденсат, и что соединенный с этими средствами управляющий или регулировочный блок может быть выполнен так, что мощность средств для испарения конденсата увеличивается, и/или температура по меньшей мере в одном месте в охлаждаемом внутреннем пространстве понижается, когда определяется наличие конденсата.
Для концентрации конденсата в одном или в нескольких местах может быть предусмотрено, что в охлаждаемом внутреннем пространстве имеется по меньшей мере одна конденсационная поверхность, температура которой лежит ниже температуры других поверхностей в охлаждаемом внутреннем пространстве, так что конденсат образуется на конденсационной поверхности.
Конденсационная поверхность может быть образована с помощью по меньшей мере одного термоэлектрического элемента. При этом это может быть термоэлектрический элемент, который и без того применяется для охлаждения охлаждаемого внутреннего пространства или же используемым лишь для образования конденсата термоэлектрическим элементом.
Используемый лишь для образования конденсата термоэлектрический элемент может быть расположен так, что он свое отходящее тепло отдает в охлаждаемое внутреннее пространство. Таким образом, элемент может работать очень эффективно и может работать с минимальной мощностью. За счет этого дополнительного термоэлектрического элемента эффективно развязываются создание холода и образование конденсата, так что при выборе геометрических параметров конденсации не должны учитываться рамочные условия создания холода.
Возможно, что имеется средство для определения открывания закрывающего элемента устройства, и что управляющий или регулировочный блок для циклического охлаждения выполнен так, что он работает в зависимости от определяемого открывания. Таким образом, согласно одному варианту выполнения изобретения, цикл конденсации всегда инициируется после открывания двери, т.е. когда дверь или другой закрывающий элемент снова закрывается, с целью направления вновь проникающего теплого воздуха над точкой конденсации.
Для поддержки осаждения влаги на конденсационной поверхности может быть целесообразным наличие вентилятора, который расположен так, что он перемешивает находящийся в охлаждаемом внутреннем пространстве воздух.
В качестве альтернативного решения или дополнительно может быть предусмотрен по меньшей мере один вентилятор в зоне испарения с целью повышения скорости испарения.
Может быть предусмотрен по меньшей мере один сточный элемент, с помощью которого конденсат подается к средствам для испарения, при этом предпочтительно предусмотрено, что сточный элемент имеет такие размеры, что подача конденсата происходит за счет капиллярных сил.
В простейшем случае сточный элемент расположен так, что конденсат под действием силы тяжести просто стекает из охлаждаемого внутреннего пространства.
Если желательно испарение в других точках, таких как, например, крышка устройства, то может быть предусмотрено, что возникающий конденсат с помощью капиллярных сил направляется к определенной точке или зоне испарения, такой как, например, крышка устройства.
В холодильном и/или морозильном устройстве согласно изобретению между наружной оболочкой, т.е. наружной стороной корпуса, и внутренней стенкой, которая ограничивает охлаждаемое внутреннее пространство, и/или между внутренней и наружной стороной двери или другого закрывающего элемента, предпочтительно находится изоляция полного вакуума. Вакуумное изоляционное тело может находиться между наружной стороной корпуса во внутреннем сосуде и/или между наружной стороной и внутренней стороной двери или другого закрывающего элемента.
Таким образом, в одном предпочтительном варианте выполнения холодильного и/или морозильного устройства согласно изобретению оно частично или полностью изолировано с помощью системы полного вакуума. При этом речь идет о системе, в которой теплоизоляция между наружной стороной и внутренним пространством на корпусе и/или на закрывающем элементе состоит исключительно или преимущественно из вакуумированного элемента, в частности, в виде оболочки из вакуумплотной пленки или, соответственно из высокобарьерной пленки, с вспомогательным материалом. Предпочтительно, изоляция полного вакуума образована с помощью одного или нескольких вакуумно изолированных тел, которые имеют указанную пленку, окруженную пленкой зону и находящийся в ней вспомогательный материал. Дополнительная теплоизоляция с помощью изолирующего вспенивания и/или вакуумно изолированных панелей или с помощью других средств для теплоизоляции между внутренней стороной и наружной стороной устройства, предпочтительно не предусмотрена.
Этот предпочтительный вид теплоизоляции в виде системы полного вакуума может проходить между ограничивающей внутреннее пространство стенкой и наружной оболочкой корпуса и/или между внутренней стороной и наружной стороной закрывающего элемента, такого как, например, дверь, заслонка, крышка или т.п.
Система полного вакуума может быть получена так, что оболочка из газонепроницаемой пленки заполняется вспомогательным материалом, а затем вакуумплотно закрывается. В одном варианте выполнения как заполнение, так и вакуумплотное закрывание оболочки осуществляется при нормальном или, соответственно, окружающем давлении. В этом случае вакуумирование происходит посредством соединения подходящего, заделанного в оболочку места сопряжения, например, патрубка для вакуумирования, который может иметь клапан, с вакуумным насосом. Предпочтительно, во время вакуумирования снаружи оболочки имеется нормальное или, соответственно, окружающее давление. В этом варианте выполнения предпочтительно ни в какой момент времени изготовления не требуется размещения оболочки в вакуумной камере. Поэтому в одном варианте выполнения во время изготовления вакуумной изоляции можно отказаться от вакуумной камеры.
Предпочтительно, оболочка содержит высокобарьерную пленку или является высокобарьерной пленкой, которая вакуумплотно закрывает образованную с помощью оболочки вакуумную зону.
Под вакуумплотной или непроницаемой для диффузии, соответственно, под вакуумплотным или непроницаемым для диффузии соединением, соответственно под высокобарьерной пленкой, предпочтительно понимается оболочка или, соответственно, соединение или, соответственно, пленка, с помощью которых вход газа в вакуумно изолированное тело уменьшается так сильно, что обусловленная за счет входа газа теплопроводность вакуумно изолированного тела является достаточно небольшой в течение его срока службы. Под сроком службы принимается промежуток времени, например, 15 лет, предпочтительно 20 лет и особенно предпочтительно 30 лет. Предпочтительно, обусловленное входом газа повышение теплопроводности вакуумно изолированного тела в течение его срока службы составляет меньше 100% и особенно предпочтительно меньше 50%.
-5
2
-6
2
-2
2
-3
2
Предпочтительно, удельная относительно поверхности скорость пропускания газа оболочки или, соответственно соединения или, соответственно высокобарьерной пленки, меньше 10 мбар л/с м, особенно предпочтительно меньше 10 мбар л/с м (при измерении в соответствии со стандартом ASTM D-3985). Эта скорость проникновения газа справедлива для азота и кислорода. Для других газов (в частности, водяного пара) скорости проникновения газа также являются низкими, предпочтительно в диапазоне меньше 10 мбар л/с м и особенно предпочтительно в диапазоне меньше 10 мбар л/с м (при измерении в соответствии со стандартом ASTM F-1249-90). Предпочтительно, за счет этих небольших скоростей проникновения газа достигаются указанные выше повышения теплопроводности.
Известной из области вакуумных панелей оболочковой системой являются так называемые высокобарьерные пленки. Под этим в рамках данного изобретения понимаются предпочтительно однослойные и многослойные пленки (которые предпочтительно являются термосваривающимися) с одним или несколькими барьерными слоями (обычно металлическими слоями или оксидными слоями, при этом в качестве металла или оксида предпочтительно применяется алюминий или, соответственно, оксид алюминия), которые соответствуют указанным выше требованиям (повышения теплопроводности и/или удельной относительно поверхности скорости проникновения газа) в качестве барьера против проникновения газа.
Указанные выше значения или, соответственно указанное выполнение высокобарьерной пленки, являются приведенными в качестве примера данными, которые не ограничивают изобретение.
Идея установки термоэлектрического элемента в охлаждаемом внутреннем пространстве для образования тем самым конденсационной поверхности, не ограничивается термоэлектрическими устройствами. Таким образом, изобретение дополнительно относится к любому холодильному и/или морозильному устройству с охлаждаемым внутренним пространством и с установленным в нем термоэлектрическим элементом, при этом предусмотрен управляющий или регулировочный блок, который управляет термоэлектрическим элементом так, что он образует конденсационную поверхность. Конденсационная поверхность предпочтительно холоднее соседних поверхностей или самая холодная поверхность в охлаждаемом внутреннем пространстве.
В одном варианте выполнения предусмотрено, что холодильное и/или морозильное устройство является бытовым прибором или коммерческим холодильником. Например, сюда входят устройства для стационарного расположения в домашнем хозяйстве, в комнате гостиницы, в коммерческой кухне или в баре. Например, это может быть холодильник для вин. Кроме того, изобретение относится к холодильным и/или морозильным витринам. Устройства согласно изобретению могут иметь место сопряжения для соединения с электрической сетью, в частности, с электрической сетью для бытовых нужд (например, штекер) и приспособления для установки, например, постановочные ножки или место сопряжения для фиксации внутри мебельной ниши. Например, устройство может быть встраиваемым устройством или же напольным устройством.
В одном варианте выполнения сосуд или, соответственно устройство выполнено так, что оно может работать с переменным напряжением, таким как, например, напряжение бытовой сети, например, 120 В с частотой 60 Гц или 230 В и с частотой 50 Гц. В альтернативном варианте выполнения сосуд или, соответственно устройство может работать с постоянным током с напряжением, например, 5 В, 12 В или 24 В. В этом варианте выполнения может быть предусмотрено, что внутри или снаружи устройства предусмотрен штекерный блок питания, через который устройство снабжается электроэнергией. Преимущество применения термоэлектрических тепловых насосов в этом варианте выполнения состоит в том, что все проблемы электромагнитной совместимости возникают лишь в блоке питания.
В частности, может быть предусмотрено, что холодильное и/или морозильное устройство выполнено в виде шкафа и имеет полезное пространство, которое является доступным для пользователя на своей передней стороне (в случае витрины на верхней стороне). Полезное пространство может быть разделено на несколько отделений, которые все работают при одинаковой или различной температуре. В качестве альтернативного решения, может быть предусмотрено лишь одно отделение. Внутри полезного пространства или, соответственно отделения, могут быть предусмотрены приспособления для хранения, такие как, например, приемные карманы, выдвижные ящики или держатели для бутылок (в случае ларя также разделители пространства), с целью обеспечения оптимального хранения подлежащих охлаждению или замораживанию изделий и оптимального использования пространства.
Полезное пространство может закрываться с помощью по меньшей мере одной поворотной вокруг вертикальной оси двери. В случае витрины возможна поворотная вокруг горизонтальной оси заслонка или сдвигаемая крышка в качестве закрывающего элемента. Дверь или другой закрывающий элемент в закрытом состоянии может находиться в соединении с корпусом по существу непроницаемо для воздуха с помощью окружного магнитного уплотнения. Предпочтительно, также дверь или, соответственно другой закрывающий элемент теплоизолированы, при этом теплоизоляция может достигаться с помощью вспенивания и, возможно, с помощью вакуумных изоляционных панелей, или же предпочтительно с помощью вакуумной системы и особенно предпочтительно с помощью системы полного вакуума. На внутренней стороне двери могут быть предусмотрены дверные полки, с целью хранения там охлаждаемых изделий.
3
3
3
В одном варианте выполнения речь может идти о небольшом устройстве. В таких устройствах полезное пространство, которое задано внутренней стенкой сосуда, имеет, например, объем меньше 0,5 м, меньше 0,4 м или меньше 0,3 м.
Наружные размеры сосуда, соответственно устройства, лежат предпочтительно в диапазоне 1 м относительно высоты, ширины и глубины.
Другие подробности и преимущества изобретения поясняются более подробно ниже на основе примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - продольный разрез холодильного и/или морозильного устройства, согласно изобретению; и
фиг. 2 - часть зоны термоэлектрического элемента, теплая сторона которого способствует испарению конденсата, в увеличенном масштабе.
На фиг. 1 позицией 10 обозначен корпус выполненного в виде шкафа холодильного и/или морозильного устройства.
Корпус 10 имеет две боковые стенки 12, крышку 14 и дно 16. Вместе с задней стенкой и дверью они ограничивают охлаждаемое внутреннее пространство 100.
Как показано на фиг. 1, в обеих боковых стенках 12, в стенке 14 крышки и в дне 19 предусмотрен соответствующий термоэлектрический элемент 20, 20ʹ.
В принципе для каждой стенки может быть предусмотрен ровно один такой термоэлектрический элемент. Однако изобретение охватывает также случай, когда в одной или нескольких стенках имеются два или больше двух термоэлектрических элементов.
Также возможно расположение одного или нескольких термоэлектрических элементов на задней стороне устройства, что также охватывается изобретением.
Каждый из термоэлектрических элементов 20 находится в соединении как на обращенной к внутреннему пространству 100 холодной стороне, так и на направленной наружу теплой стороне с соответствующим теплообменником 30, 40 передающим тепло, в частности, проводящим тепло образом. Эти первичные теплообменники 30, 40 являются металлическими телами, например, из алюминия.
При работе термоэлектрического элемента 20 через его холодную сторону и с помощью теплообменника 30 и внутренней стенки I отводится тепло из охлаждаемого внутреннего пространства. Это тепло отводится через теплую сторону термоэлектрического элемента 20, теплообменник 40 и наружную стенка А в окружение.
Кроме того, как показано на фиг. 1, поперечное сечение первичных теплообменников 30, 40 увеличивается, исходя от термоэлектрического элемента 20, к наружной стенке А, а также к внутренней стенке I, которая вместе с внутренней стороной двери ограничивает охлаждаемое внутреннее пространство 100. Таким образом, обеспечивается возможность распределения отводимого тепла, которое с помощью термоэлектрических элементов 20 отводится из внутреннего пространства 100, по большой поверхности без большого температурного градиента.
Наружная сторона устройства образована наружной стенкой А, которая в целом или в некоторых зонах состоит из металлического листа, предпочтительно из алюминиевого листа.
В показанном здесь примере выполнения этот металлический лист образует наружную сторону А боковых стенок 12, крышки 14, а также дна 16. Соответственно, задняя сторона и/или дверь могут быть выполнены так же на наружной стороне.
Образующий наружную стенку А металлический лист образует вторичный теплообменник 30, который соединен с первичными теплообменниками 40 передающим тепло или, соответственно, проводящим тепло образом.
Внутренняя стенка I также образована с помощью металлического листа, в частности, алюминиевого листа. Внутренняя стенка I соединена с первичными теплообменниками 30 передающим тепло или, соответственно, проводящим тепло образом.
Понятие теплообменник охватывает, согласно данному изобретению, любой элемент, который пригоден для переноса тепла. В предпочтительном примере выполнения теплообменники образованы с помощью металлических тел.
Позицией 50 обозначена теплоизоляция, которая проходит между внутренней стенкой I и наружной стенкой А корпуса. Эта теплоизоляция состоит из ограниченного одной или несколькими вакуумплотными пленками объема, в котором находится вспомогательный материал, в частности, перлит. Предпочтительно, другие изолирующие материалы, такие как, например, вспененная пластмасса и/или вакуумные изоляционные панели между внутренней стенкой I и наружной стенкой А, не предусмотрены.
Соответствующая теплоизоляция полного вакуума может быть также предусмотрена для двери или для другого закрывающего элемента.
Элементы 20 Пельтье или другие термоэлектрические элементы распределены по геометрическому пространству устройства так, что их отходящее тепло возможно хорошо распределяется по наружной оболочке А устройства. Для распределения отходящего тепла по всей наружной оболочке А она может быть выполнена из алюминиевого листа с толщиной от 1 до 2 мм.
Поскольку количество возникающего тепла меньше отходящего тепла, то во внутреннем пространстве 100 устройства к теплообменникам не предъявляются высокие требования. Предпочтительно, также для внутренней стенки устройства применяется металлический лист (например, алюминиевый лист), который может иметь меньшую толщину, чем образующий наружную оболочку А металлический лист, или же может быть идентичным.
Расположенный внизу термоэлектрический элемент 20ʹ находится своей холодной стороной в соединении с теплообменником 30, который на своей верхней стороне О образует конденсационную поверхность, т.е. поверхность, которая по сравнению с соседними поверхностями имеет меньшую температуру и/или которая представляет наименьшую температуру в охлаждаемом внутреннем пространстве.
Зона расположенного внизу термоэлектрического элемента 20ʹ показана в увеличенном масштабе на фиг. 2. Вокруг и на конденсационной поверхности теплообменника образуется зона 1 конденсации. Исходя из этой зоны 1 конденсации, на внутренней стороне теплоизолирующей стенки устройства сток 2 для конденсата ведет к зоне 200 испарения.
Зона 200 испарения образована с помощью испарительной чаши 4, которая улавливает конденсат и находится в хорошем термическом соединении с элементом 20ʹ Пельтье. В частности, испарительная чаша 4 находится в непосредственном или по меньшей мере теплопроводящем контакте с теплообменником 40.
Кроме того, как показано на фиг. 2, элемент 20ʹ Пельтье, так же как и другие элементы Пельтье устройства согласно изобретению может иметь соединительные элементы 33, которые механически неподвижно сжимают элемент 20ʹ Пельтье с теплообменниками 30 и 40.
Термоэлектрический элемент или, соответственно расположенный в поверхности дна элемент 20ʹ Пельтье, предназначены для управления по отдельности с помощью не изображенного управляющего или регулировочного блока, а именно, так, что его мощность в рамках цикла конденсации или при потребности повышается. Это приводит к тому, что верхняя холодная сторона О приобретает еще меньшую температуру, а нижняя теплая сторона W приобретает еще более высокую температуру.
Таким образом, улучшается конденсация, а также испарение.
При нормальной работе термоэлектрический элемент 20ʹ, так же как другие термоэлектрические элементы, может применяться для регулирования температуры в зависимости от измеренной температуры внутреннего пространства.
Возможно также использование дополнительного термоэлектрического элемента, который лежит, например, на донной поверхности устройства и образует там наиболее холодное место. Таким образом, этот термоэлектрический элемент проходит не между наружной и внутренней стороной устройства, а находится полностью в охлаждаемом внутреннем пространстве и отдает в него свое отходящее тепло.