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Dokumentenidentifikation DE19627096A1 15.01.1998
Titel Kühlgerät
Anmelder GET mbH, 52428 Jülich, DE
Erfinder Scharmer, Klaus, Dr.-Ing., 52428 Jülich, DE
Vertreter von Creytz, D., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 41844 Wegberg
DE-Anmeldedatum 05.07.1996
DE-Aktenzeichen 19627096
Offenlegungstag 15.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.01.1998
IPC-Hauptklasse F25D 16/00
IPC-Nebenklasse F25D 29/00   F25B 27/00   
Zusammenfassung Es wird ein Kühlgerät mit einem auf einen Kühlkreislauf eines Kühlaggregats mit Kompressor schaltbaren Solargenerator beschrieben. Um den notwendigen Anlaufstrom für den Kompressor des Kühlaggregats zu liefern, wird Sonnenenergie in kapazitiver Form gespeichert, so daß die zum sicheren Starten des Kompressors während kürzester Zeit erforderliche Energiemenge zur Verfügung steht. Um ferner die Solarenergie besser ausnutzen zu können, kann das Kühlgerät wahlweise mit zwei oder mehr Kompressoren gleicher oder unterschiedlicher Leistung ausgerüstet werden. Durch Anpassung der Kompressorgrößen sowie deren Betriebszeiten - entweder zusammen oder einzeln - kann das Energieangebot der Sonne in optimaler Form genutzt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit einem auf einen Kühlkreislauf eines Kühlaggregats mit Kompressor geschalteten Solargenerator. Sie betrifft ferner Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlgeräts.

In DE 42 01 996 A1 wird ein Kühlgerät mit einem Solargenerator beschrieben. Dieses Kühlgerät kommt bei vorübergehend fehlender Sonne auch ohne eine elektrische Energiespeicherung aus, wenn an den Kühlraum des Kühlgeräts ein thermischer Kältespeicher unmittelbar wärmeleitend angekoppelt wird.

Im bekannten Kühlgerät werden die Solargeneratoren auf den Kompressor des Kühlaggregats geschaltet. Wenn die in einem Solarpanel vereinigten Solargeneratoren eine bestimmte Nennleistung, z. B. 100 Watt, haben, kann ein solches Gerät problemlos einen Kompressor mit 80 Watt Leistungsaufnahme antreiben. Die zum Anlaufen des Kompressors erforderliche Leistung liegt jedoch in der Regel um ein Mehrfaches über der Leistungsaufnahme bei Betrieb des Kompressors. Wenn die Leistungsaufnahme zum Anlaufen des Kompressor 300 Watt und die Leistung zum Betrieb nur 80 Watt beträgt, kann ein Solargenerator mit 100 Watt Nennleistung den Kompressor zwar in Betrieb halten, aber nicht anlaufen lassen. Zum Bereitstellen des notwendigen Anlaufstroms muß daher entweder den Solargenerator entsprechend überdimensioniert werden oder es müssen Batterien bzw. Akkumulatoren lediglich für die kurzen Anlaufzeilen mit sehr hohem Energieinhalt bereitgestellt werden, obwohl gerade nach dem Stand der Technik derartige Energiespeicher eingespart werden sollten.

Ein weiteres Problem des bekannten Kühlgeräts ergibt sich daraus, daß bedingt durch den wechselnden Sonnenstand das Leistungsangebot des Solargenerators im Laufe des Tages regelmäßig von Null bis zu einem Maximum ansteigt und wieder auf Null abfällt. In der Frühe, wenn die Sonne noch in der Nähe des Horizonts steht, reicht also die Leistung des Solargenerators zum Betrieb eines bestimmten Kompressors noch nicht aus. Dieser kann erst in Betrieb gesetzt werden, wenn die vom Solargenerator bereitgestellte Leistung mindestens gleich der Betriebsleistung des Kompressors ist. Im Laufe des Tages, z. B. mittags, ist dann die Leistung des Solargenerators viel größer als zum Betrieb des Kompressors erforderlich. Gegen abend, muß dann der Kompressor und damit das Kühlgerät schon abgeschaltet werden, lange bevor es dunkel ist.

Diesen Problemen trägt zwar der mit dem Innern des Kühlraums gekoppelte thermische Kältespeicher nach DE 42 01 996 Rechnung, es wäre aber wünschenswert, die vom Solargenerator angebotene elektrische Leistung sowohl bereits frühmorgens als auch mittags möglichst vollständig ausnutzen zu können, so daß die Kapazität des Kühlaggregats entsprechend zu vergrößern ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anlaufstrom des Kompressors mit Hilfe eines Solargenerators bereitzustellen, dessen Nennleistung wesentlich kleiner als die Leistungsaufnahme beim Anlaufen des Kompressors ist, wobei jedoch Energiespeicher, wie Batterien oder Akkumulatoren, die für eine im Verhältnis zur Kompressor-Anlaufzeit lange Leistungs-Abgabezeit ausgelegt sind, ebenso wie im Stand der Technik nach DE 42 01 996 eingespart werden sollen. Es soll insbesondere auch möglich sein, das Kühlaggregat über ein und denselben Solargenerator anzutreiben, wenn morgens früh die Sonneneinstrahlung noch nicht oder abends spät die Sonneneinstrahlung nicht mehr für eine volle Leistung des Solargenerators ausreicht.

Die erfindungsgemäße Lösung der vorgenannten Hauptaufgabe besteht für ein Kühlgerät mit einem auf einem Kühlkreislauf eines Kühlaggregats mit Kompressor schaltbaren Solargenerator darin, daß zum Starten des Kompressors mindestens ein von dem Solargenerator vor dem Einschalten des Kühlaggregats aufgeladener elektrischer Kondensator vorgesehen ist. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also die Sonnenenergie zunächst - normalerweise z. B. am Vortag - in kapazitiver Form gespeichert, um für das nächste Einschalten den notwendigen Anlaufstrom für den Kompressor des Kühlaggregats zu liefern. Der Kondensator kann die zum sicheren Starten des Kompressors notwendige Energiemenge in der kurzen Startzeit leicht zur Verfügung stellen. Vorzugsweise wird ein als Goldfolien auf gebauter Kondensator eingesetzt, der, wie an sich bekannt, Energiemengen in einer Größenordnung bis zu mehreren F speichern und in der kurzen Startzeit des Kompressormotors freigeben kann.

Wenn die Nennleistung des Solargenerators bei normalem Betrieb und normalem Sonnenschein etwas größer als die Leistungsaufnahme des laufenden Kompressormotors ist, steht ständig ein gewisser Energieüberschuß aus dem Solargenerator zum Aufladen des Kondensators zur Verfügung. Die durchschnittliche Nennleistung des Solargenerators braucht also nur wenig größer als die Leistungsaufnahme des in Betrieb befindlichen Kompressors zu sein, sie kann dagegen deutlich kleiner als die Leistungsaufnahme beim Anlaufen des Kompressors ausgelegt werden.

Um einen Fehlstart des Kompressor zu vermeiden, um also auszuschließen, daß der Kompressor über den Kondensator gestartet wird, aber der Betrieb des Kompressors mangels ausreichender Leistung des Solargenerators nicht aufrechtzuerhalten ist, wird gemäß weiterer Erfindung dafür Sorge getragen, daß der Kompressor mit der im Kondensator gespeicherten Energie nur dann zu starten ist, wenn gleichzeitig vom Solargenerator so viel Strom geliefert werden kann, wie zum Betrieben des Kornpressormotors zumindest notwendig ist.

Schließlich soll gemäß noch weiterer Erfindung mit Hilfe einer elektronischen Schaltung erreicht werden, daß der Solargenerator durch Anpassung vom Strom und Spannung jeweils den durch die solare Einstrahlung definierten maximalen Energiebetrag abgibt (sogenannte maximum power point tracking).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Kühlaggregat über einen Kompressor mit regelbarem Elektromotor betrieben wird. Dadurch wird erreicht, daß der Elektromotor je nach Energieangebot des Solargenerators eine höhere oder niedriger mechanische Leistung an das Kühlaggregat abgeben kann. Bei schwacher Sonneneinstrahlung fällt also die Kühlung nicht völlig aus, sie ist nur geringer als bei starker Sonneneinstrahlung.

Zur Lösung des weiteren Teils der oben zitierten Aufgabe, nämlich der Anpassung der Kompressor-Leistungsaufnahme an die mögliche Leistungsabgabe des Solargenerators wird gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, mindestens zwei Kompressoren mit gleicher oder unterschiedlicher Leistung zu verwenden.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei relativ kleinem Leistungsangebot des Solargenerators, morgens früh und abends spät, nur der eine Kompressor betrieben wird, so daß das Kühlaggregat trotz geringer Sonneneinstrahlung arbeitet, wenn auch mit schwächerer Leistung. Im Laufe des Tages können dann, sobald die abgegebene Leistung des Solargenerators ausreicht, zwei oder mehr Kompressoren in Gang gesetzt werden, so daß eine entsprechend hohe Leistung erreicht wird.

Im Rahmen der Erfindung können auch mindestens ein Kompressor kleinerer und mindestens ein Kompressor größerer Leistung vorgesehen werden. In diesem Fall kann in den frühen und in den späten Tagesstunden der kleinste Kompressor allein, bei etwas höherem Sonnenstand ein größerer Kompressor allein und bei vollem Sonnenstand alle Kompressoren angetrieben werden.

Schließlich umfaßt die Erfindung den Fall eines Kompressors variabler Leistung. Gegebenenfalls lädt sich das dem Kühlaggregat zugeführte Leistungsangebot ständig dem Maß der Sonneneinstrahlung und damit der Leistungsfähigkeit des Solargenerators anpassen. Die Kompressoren können erfindungsgemäß auf denselben, einzigen Kühlkreislauf eines Kühlaggregats, aber Alternativ auch auf getrennte Kühlkreisläufe eines Aggregats geschaltet werden.

Die einzelnen Kompressoren sollen nach der weiteren Erfindung vorzugsweise über eine elektronische Schaltlogik und unter Zwischenschaltung eines Startelektronik je nach Angebot der am Solargenerator zur Verfügung stehenden elektrischen Energie zu- oder abgeschaltet werden. Es kann auf diese Weise fast während der gesamten Tagesdauer in dem Male gekühlt werden, in dem von der Sonne Energie an die Solargeneratoren geliefert wird.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.

Die Zeichnung zeigt symbolisch ein Kühlgerät 1 mit einem Kühlraum 2, der von einem Kältespeicher 3 umgeben ist. Zur Energieversorgung des Kühlgeräts dient ein Kühlaggregat 4, zu dem ein erster Kompressor 5 mit einem ersten Kühlkreislauf 6 gehört. Der Kompressor 5 umfaßt einen Elektromotor 7. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zu dem Kühlaggregat neben dem ersten (I.) Kompressor 5 mindestens ein zweiter (II.) Kompressor 8 mit Elektromotor 9 gehören. Der II. Kompressor 8 kann auf den ersten (I.) Kühlkreislauf 6 des (I.) Kompressors 5 aber alternativ auch auf einen II. Kühlkreislauf 10 des Kühlgeräts 1 geschaltet werden.

Zur Energieversorgung des Kühlaggregats 4 wird erfindungsgemäß ein Solargenerator 11, der aus einer Vielzahl von Solarzellen bestehen kann und auch als Solarpanel bezeichnet wird. Der Solargenerator 11 wird über Leitungen 12 und 13 und eine Schaltelektronik 14 zum Antrieb des Elektromotors 7, gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich des Elektromotors 9 (über Leitungen 15) geschaltet.

Wenn der Solargenerator 11 während des Dauerbetriebs, z. B. des I. Kompressors 5 bzw. dessen Elektromotors 7, mehr Energie liefert, als zum Antrieb des Motors 7 erforderlich ist, kann der überschüssige Teil der Energie in einem Kondensator 16 gespeichert werden. Die im Kondensator 16 gespeicherte elektrische Energie wird beim Einschalten, z. B. des Elektromotors 7, durch eine in der Schaltelektronik 14 vorhandene Schaltlogik entladen, um den Anlaufstrom des Motors 7 zu liefern. Dabei wird die Logik so programmiert, daß die Entladung des Kondensators 16 nur möglich ist, wenn der Solargenerator 16 gleichzeitig zumindest die Energie liefert, die zum laufenden Betrieb des Elektromotors 7 erforderlich ist.

Wenn der I. Kompressor 5 eine relativ grobe Kälteleistung K und der II. Kompressor 8 eine kleinere Kälteleistung k besitzt, kann während der frühen Morgenstunden und der späten Abendstunden, wenn der Solargenerator 11 noch bzw. nur noch wenig Strom liefert, zunächst nur der Motor 9 des II. Kompressors 8 über eine Leistung 15 von der Schaltelektronik beaufschlagt werden. Das Kühlgerät wird dann zwar nur mit entsprechend geringer Leistung gekühlt, bleibt aber immerhin nicht ungekühlt. Im Laufe des Tages, kann mit steigendem Sonnenstand die Schaltelektronik 14 dafür Sorge tragen, daß zunächst der I. Kompressor 5 an die Stelle des II. Kompressors 8 tritt und schließlich bei vollem Sonnenschein können beide (bzw. alle) Kompressoren 5 und 8 zugleich arbeiten und das Kühlgerät 1 betreiben.

Es wird ein Kühlgerät mit einem auf einen Kühlkreislauf eines Kühlaggregats mit Kompressor schaltbaren Solargenerator beschrieben. Um den notwendigen Anlaufstrom für den Kompressor des Kühlaggregats zu liefern, wird Sonnenenergie in kapazitiver Form gespeichert, so daß die zum sicheren Starten des Kornpressors während kürzester Zeit erforderliche Energiemenge zur Verfügung steht. Um ferner die Solarenergie besser ausnutzen zu können, kann das Kühlgerät wahlweise mit zwei oder mehr Kompressoren gleicher oder unterschiedlicher Leistung ausgerüstet werden. Durch Anpassung der Kompressorgrößen sowie deren Betriebszeiten - entweder zusammen oder einzeln - kann das Energieangebot der Sonne in optimaler Form genutzt werden.

Bezugszeichenliste

1 Kühlgerät

2 Kühlraum

3 Kältespeicher

4 Kühlaggregat

5 I. Kompressor

6 I. Kühlkreislauf (5)

7 Elektromotor (5)

8 II. Kompressor

9 Elektromotor (8)

10 II. Kühlkreislauf (8)

11 Solargenerator

12, 13 Leitung

14 Schaltelektronik

15 Leitung

16 Kondensator


Anspruch[de]
  1. 1. Kühlgerät (1) mit einem auf einen Kühlkreislauf (6, 10) eines Kühlaggregats (4) mit Kompressor (5, 8) geschalteten Solargenerator (11), dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten des Kompressors (5, 8) mindestens ein von dem Solargenerator (11) vor dem Einschalten des Kühlaggregats (4) aufgeladener elektrischer Kondensator (16) vorgesehen ist.
  2. 2. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung des Solargenerators (11) größer als die Leistungsaufnahme des in Betrieb befindlichen Kompressors (5, 8), aber kleiner als die Anlaufleistungsaufnahme eines Kornpressors (5, 8) ist.
  3. 3. Kühlgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (16) aus Goldfolie aufgebaut ist.
  4. 4. Kühlgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb des Kompressors (5, 8) ein zum Anpassen an das vom Sonnenstand abhängige Energieangebot des Solargenerators (11) regelbarer Elektromotor (7, 9) vorgesehen ist.
  5. 5. Kühlgerät (1) mit einem auf einen Kühlkreislauf (6, 10) eines Kühlaggregats (4) mit Kompressor (5, 8) geschalteten Solargenerator (11), insbesondere hach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kompressoren (5, 8) mit gleicher oder unterschiedlicher Leistung vorgesehen sind.
  6. 6. Kühlgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressoren (5, 8) auf denselben, einzigen Kühlkreislauf (6) geschaltet sind.
  7. 7. Kühlgerät nach Anspruch 5 mit zwei oder mehr Kühlkreisläufen (6, 10), dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressoren (5, 8) auf getrennte Kühlkreisläufe (6, 10) geschaltet sind.
  8. 8. Verfahren zum Betrieb des Kühlgeräts (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (5, 8) erst gestartet wird, wenn zugleich der Solargenerator (11) eine vorgegebene Mindestenergie liefert.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Schaltelektronik (14) Strom und Spannung des Solargenerators (11) jeweils im Sinne der Abgabe eines durch die Solareinstrahlung definierten maximalen Energiebetrags geregelt werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlaggregat (4) über einen Kompressor (5, 8) betrieben wird, der durch einen regelbaren Elektromotor (7, 9) angetrieben wird, wobei der Elektromotor je nach Energieangebot des Solargenerator (11) eine höhere oder niedrigere Leistung abgibt.
  11. 11. Verfahren zum Betrieb eines Kühlgeräts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressoren (5, 8) je nach dem Maß der Sonneneinstrahlung wahlweise entweder gemeinsam auf ein und denselben Kühlkreislauf (6, 10) oder jeder auf einen anderen Kühlkreislauf (6, 10) geschaltet werden.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressoren (5, 8) über eine elektronische Schaltlogik einer Schaltelektronik (14) und unter Zwischenschaltung einer Startelektronik je nach Angebot der am Solargenerator (11) zur Verfügung stehenden elektrischen Energie zu- oder abgeschaltet werden.






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