DE102009008541A1

DE102009008541A1 - Kühlmöbel und Messanordnung für ein solches Möbel

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Publication number: DE102009008541A1
Application number: DE102009008541A
Authority: DE
Inventors: Lars-Peter Langheinrich; Volker Schulte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-03-04
Also published as: DE202008011707U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlmöbel (1) mit einem durch Luft (3a, 3b, 3c) gekühlten Aufbewahrungsraum (2) für Kühlgut (4) und mit einem Messsystem, das eine Messeinrichtung mit mindestens einem Temperaturfühler (5) umfasst. Um ein derartiges Kühlmöbel (1) und eine dafür geeignete Messanordnung zu schaffen, womit in wenig aufwendiger Weise die Temperaturmessung verbessert werden kann, ohne dass dabei hygienische Vorschriften verletzt werden, wird vorgeschlagen, dass der Temperaturfühler (5) mit einem Massenspeicher (6) derart gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler (5) die Temperatur des Massenspeichers (6) erfasst, wobei der Massenspeicher (6) innerhalb des Aufbewahrungsraumes (2) für das Kühlgut (4) angeordnet ist und aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem des Kühlgutes (4) angepasst ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlmöbel mit einem durch Luft gekühlten Aufbewahrungsraum für Kühlgut und mit einem Messsystem, das eine Messeinrichtung mit mindestens einem Temperaturfühler umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messanordnung für ein solches Möbel.
Beim Herstellen, Behandeln, dem Transport und der Lagerung sowie dem In-Verkehr-Bringen von Lebensmitteln spielen die Temperaturführung und die Einhaltung bestimmter Temperaturen eine entscheidende Rolle, um eine unerwünschte Vermehrung von Mikroorganismen in Grenzen zu halten. So legt unter anderem die DIN 10508 solche Temperaturen fest und gibt Hinweise zur Temperaturmessung. Empfohlene Lagertemperaturen sind beispielsweise –18°C für Tiefkühlkost und Speiseeis, +6°C bis +8°C für Milcherzeugnisse, Hühnereier, pasteurisierte Eiprodukte und Feinkostsalate, +4°C bis +8°C für Fleisch- und Fleischerzeugnisse, +8°C für Frischobst und Frischgemüse und +2°C bis +4°C für andere leichtverderbliche Lebensmittel.
Ein Kühlmöbel der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 195 46 493 A1 bekannt. Das in diesem Dokument beschriebene Kühlmöbel ist eine Kühltheke, die mit einer Klimasteuerungseinrichtung zur Steuerung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und dergleichen ausgerüstet ist und dazu einen zentralen Controller aufweist, der die Temperatur, den Luftstrom und die Luftfeuchtigkeit programmiert steuert. Die eine Messeinheit, die alle erforderlichen Sensoren aufnimmt und in Kompaktbauweise konstruiert ist, ist zusammen mit einer Verdampfereinheit und einem Lüfter schwenkbar unterhalb des Aufbewahrungsraumes für das Kühlgut angeordnet.
Zur Temperaturmessung, beispielsweise in einer Kühltheke, Gefriertruhe oder in einem Aufbewahrungsraum, werden bekanntermaßen oft sogenannte Luftfühler eingesetzt, die freiliegend oder – hängend platziert werden und gut von der anströmenden Luft erreichbar sind. Beispielsweise aufgrund des kontinuierlichen Abverkaufs des Kühlguts aus einem Kühlregal in einem Supermarkt und der begrenzten Haltbarkeit werden die Fühler nicht direkt im Kühlgut positioniert. Hygienische Aspekte sprechen ebenfalls gegen die Positionierung der Fühler im Kühlgut.
Zurzeit werden Kühlregale für den Einsatzzweck im Supermarkt, insbesondere zur Lagerung von Fleisch, wie Hackfleisch, von Milchprodukten und Obst, mit drei Fühlern ausgerüstet. Zunächst gibt es einen Temperaturfühler, der die Temperatur der Zuluft zum Lager- bzw. Warenraum misst. Weiter gibt es einen Temperaturfühler, der die Temperatur einer Rückluft misst, die eine Mischluft aus Ladenluft und Luft aus dem Kühlmöbel darstellt. Und schließlich gibt es einen Fühler, der im Falle einer montierten elektrischen Abtauheizung die Temperatur eines Verdampferkorpus misst.
Das Kühlmöbel wird mit Hilfe der Messwerte des Zuluft- und des Rückluftfühlers geregelt. Die beiden Temperaturen werden im bestimmten Verhältnis je nach Einsatzzweck, Lage, Tageszeit, Ladenöffnung usw. verglichen. Ein Mittelwert, der z. B. im Verhältnis 30% Zuluft zu 70% Rückluftanteil berechnet wird, gibt dann vor, ob das Kühlmöbel kühlen muss oder ausschaltet. Dieser Mittelwert soll der Warentemperatur entsprechen und wird auch zur Qualitätskontrolle der Lagerung, d. h. zur Protokollierung einer nominellen Warentemperatur, herangezogen.
Die unterschiedliche Wertigkeit zur Bestimmung der nominellen Warentemperatur der Fühlermesswerte wird dabei als Wichtung bezeichnet. Meistens stimmt jedoch dieser, über die Wichtung der Zuluft und Rücklufttemperatur, berechnete nominelle Tempera turwert nicht mit der tatsächlichen Warentemperatur überein. Dies ist auf Temperaturänderungen nach der Abtauung, im Laden, Unterbrechung des Luftschleiers usw. zurückzuführen. Die Änderung der Lufttemperatur tritt erheblich schneller ein als die Änderung der Warentemperatur. Somit wird ein ”falscher” Temperaturwert sowohl zur Regelung der Kühlmöbel als auch für die Qualitätskontrolle genutzt. Bei jeder Veränderung der Rücklufttemperatur, die durch Lampenstrahlung, Türöffnung, Zug usw. eintreten kann, wird eine andere Warentemperatur angezeigt. Während und kurz nach der Abtauung verfälschen die Lufttemperaturfühler den als repräsentativ berechneten Wert der Warentemperatur besonders stark. Dieser ”Fehler” ist besonders bei Abtauung mit laufenden Ventilatoren, z. B. in einem Fleischregal, sehr groß.
Zahlreiche Supermarktbetreiber haben daher große Probleme mit den Veterinären, die eine Qualitätskontrolle der Kühlgüter durchführen, da diese die Unterschiede zwischen der tatsächlichen Warentemperatur und der als repräsentativ angegebenen nominellen Warentemperatur bemängeln. Dies kann dann zur Verhängung von Geldstrafen und Nachbesichtigungsterminen führen. Zwar könnten Warenschäden, die aus falsch ausgeregelten Kühlmöbeln entstanden sind, ebenso wie Strafzahlungen der Betreiber vermieden werden, wenn man die tatsächliche Warentemperatur messen würde, was allerdings aus hygienischen Gründen, auf Grund des Warenumschlags (Haltbarkeit etc.) und aus Gründen des Aufwandes der Messung nicht möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlmöbel der eingangs beschriebenen Art und eine dafür geeignete Messanordnung zu schaffen, womit in wenig aufwändiger Weise die Temperaturmessung verbessert werden kann, ohne dass dabei hygienische Vorschriften verletzt werden.
Erfindungsgemäß wird dies für das Kühlmöbel dadurch erreicht, dass der Temperaturfühler mit einem Massenspeicher derart gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler die Temperatur des Massenspeichers erfasst, wobei der Massenspeicher innerhalb des Aufbewahrungsraumes für das Kühlgut angeordnet ist und aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem des Kühlgutes angepasst ist.
Für die Messanordnung wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass diese einen Temperaturfühler aufweist, der mit einem Massenspeicher derart gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler die Temperatur des Massenspeichers erfasst, wobei der Massenspeicher aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem Kühlverhalten eines Kühlgutes angepasst ist, dessen Temperatur bestimmt werden soll.
Hierdurch wird erfindungsgemäß mit Vorteil eine direkte Temperaturmessung im Kühlgut simuliert. Dadurch ist der – ohne eine fehlerbehaftete Mittelwertbildung – gemessene Temperaturwert nahezu identisch mit dem Wert der tatsächlichen Warentemperatur, und zwar während des Kühl- und Abtaubetriebes, bei Tag und bei Nacht. Daher könnte der in der erfindungsgemäßen Messanordnung vorgesehene Verbund aus Massenspeicher und Temperaturfühler in Analogie zu dem eingangs genannten ”Luftfühler” auch als ”Warentemperaturfühler” bezeichnet werden.
Bei dem Massenspeicher kann es sich in bevorzugter Ausführung der Erfindung um ein von einer Kunststofffolie umhülltes Gelkissen handeln. Der Temperaturfühler wird dabei in ein Gelkissen gebettet oder zwischen zwei Gelkissen verklebt, so dass der Massenspeicher den Fühler vollständig umhüllt. Aufgrund der den Wärmeaustausch mit der Luft bestimmenden Eigenschaften, insbesondere des Kühlverhaltens des Gels, entspricht die Temperatur, welche der Fühler misst, der Temperatur des Kühlguts in dessen Kern.
Wie bekannt, kann in dem erfindungsgemäßen Kühlmöbel die Präsenz eines Temperaturfühlers an einem Verdampferkorpus und eines Temperaturfühlers für die Zuluft in den Aufbewahrungsraum für das Kühlgut vorgesehen sein. In Abhängigkeit von der Zulufttemperatur lassen sich, insbesondere unter Berücksichtigung der Messwerte des Verdampferfühlers, Rückschlüsse auf den Zustand, insbesondere auf eine Vereisung des Verdampfers, oder auf etwaige sonstige Störungen ziehen.
Die Waren- bzw. Kühlguttemperatur kann dabei aber ausschließlich mittels der Messwerte aus dem simulierten Warentemperaturfühler geregelt werden. Der Warentemperaturfühler, also die erfindungsgemäße Messanordnung, wird einmal bei Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Kühlmöbels kalibriert und muss nicht bei Änderung der Ladentemperatur, der Beleuchtungsverhältnisse, erhöhter oder verringerter Kundenfrequenz am Kühlmöbel oder bei Änderung von Luftgeschwindigkeit oder sonstiger Wärmequellen neu eingestellt werden. Der von ihm ermittelte Temperaturwert entspricht immer der Warentemperatur. Er kann mit Vorteil einerseits zu Regelungszwecken und andererseits zu Temperaturkontroll- und -protokollierungszwecken verwendet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 schematisch, im Querschnitt, ein Kühlregal als exemplarische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlmöbels,
2 in verkleinerter Darstellung gegenüber 1, das Kühlregal, eingebunden in einen Kühlkreislauf,
3a und 3b in zwei Hauptansichten, eine Darstellung einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Messanordnung,
4a und 4b in zwei Hauptansichten, eine Darstellung einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Messanordnung,
5 ein Messwertdiagramm mit einem Vergleich eines zeitlichen Temperaturgangs der Luft und eines zeitlichen Temperaturgangs eines ersten Kühlgutes in einem Kühlmöbel,
6 ein Messwertdiagramm mit einem Vergleich eines mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung bestimmten zeitlichen Temperaturgangs in einem erfindungsgemäßen Kühlmöbel und eines zeitlichen Temperaturgangs eines zweiten Kühlgutes in diesem Kühlmöbel.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.
Wie sich zunächst aus 1 und 2 ergibt, weist ein erfindungsgemäßes Kühlmöbel – im dargestellten Fall ein Kühlregal – einen durch Luft gekühlten Aufbewahrungsraum 2 für Kühlgut 4 und ein als Ganzes nicht näher bezeichnetes Messsystem auf, das eine Messeinrichtung mit mindestens einem Temperaturfühler 5 umfasst. Die Luft ist in 1 und 2 durch die Pfeile 3a, 3b, 3c bezeichnet, wobei das Bezugszeichen 3a die Zuluft zum Aufbewahrungsraum 2, das Bezugszeichen 3b die Raumluft zum Aufbewahrungsraum 2 und das Bezugszeichen 3c die Rückluft aus dem Aufbewahrungsraum 2 bezeichnen. Bei dem Temperaturfühler 5 kann es sich vorzugsweise um ein Widerstandsthermometer oder um ein Thermoelement handeln.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Temperaturfühler mit einem Massenspeicher 6 derart gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler 5 die Temperatur des Massenspeichers 6 erfasst, wobei der Massenspeicher 6 innerhalb des Aufbewahrungsraumes 2 für das Kühlgut 4 angeordnet ist und aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem des Kühlgutes 4 angepasst ist. Insbesondere ist im Sinne eines maximalen Wärmeübergangs vom Massenspeicher 6 zum Temperaturfühler 5 vorzusehen, dass der Massenspeicher 6 den Temperaturfühler 5 vollständig umhüllt.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung 7, wie sie exemplarisch in zwei Ausführungsformen in 3a, 3b, 4a und 4b jeweils in Einzeldarstellung gezeigt ist, umfasst somit mindestens einen Temperaturfühler 5, welcher mit einem Massenspeicher 6 derart gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler 5 die Temperatur des Massenspeichers 6 erfasst, wobei der Massenspeicher aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem Kühlverhalten eines Kühlgutes 4 angepasst ist, dessen Temperatur bestimmt werden soll.
Bei der bevorzugten Ausführung der Messanordnung 7 gemäß 3a und 3b ist dabei vorgesehen, dass der Massenspeicher 6 mindestens ein von einer Kunststofffolie 8 umhülltes mit einem Gel 9 oder einer Flüssigkeit gefülltes Kissen umfasst. Konkret ist in dieser Ausführung vorgesehen, dass der Temperaturfühler zwischen zwei Gelkissen 6a, 6b verklebt ist.
Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 gemäß 4a und 4b ist vorgesehen, dass der Massenspeicher 6 mindestens eine, insbesondere metallische, mit einem Gel 9 oder einer Flüssigkeit gefüllte Hülse 10, insbesondere eine Rohrhülse, umfasst. Der Temperaturfühler 5 ist in 4a und 4b nicht selbst zu sehen, jedoch ein in die Rohrhülse 10 geführtes Anschlusskabel 11 für den Temperaturfühler 5, das die bei der Temperaturmessung auftretenden Thermospannungen an die Messeinrichtung überträgt.
Das Gel 9 kann bevorzugt ein Hydrogel sein. Die Flüssigkeit kann bevorzugt überwiegend aus Wasser oder auch aus einem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch, wie Öl oder Paraffin, bestehen.
Zur Vermeidung einer Änderung des Aggregatzustandes des Gels 9 oder der Flüssigkeit, die im Allgemeinen auch mit im Hinblick auf die Funktionserfüllung ungünstig wirkenden sprunghaften Eigenschaftsänderungen verbunden sein kann, kann das Gel 9 oder die Flüssigkeit einen unter 0°C, insbesondere im Bereich von –15°C bis –20°C, liegenden, Erstarrungsbereich oder Schmelzpunkt aufweisen. Hierzu kann das Gel 9 oder die Flüssigkeit einen den Gefrierpunkt von Wasser herabsetzenden Zusatz, wie ein Salz oder einen mehrwertigen Alkohol, insbesondere Kochsalz, Isopropanol oder Ethylenglykol, enthalten.
Das Gel 9 kann als Gelbildner Kieselsäure, ein Polysaccharid, insbesondere Stärke, ein Zellulosederivat, Xanthan, Guar- oder Johannisbrotkernmehl, Agar Agar, Gummi arabicum, Alginat, Bentonit, Chitin, Hyaloronsäure oder ein Polyacrylat enthalten. Bei Einsatz eines Polyacrylates (PNC) als Gelbildner sollten jedoch keine Salze für den Frostschutz eingesetzt werden, da diese dekompositionierend wirken können.
Wie 1 und 2 auch zeigen, können die Gelkissen 6a, 6b mit dem Fühler 5 an einer für eine mittlere Temperatur im Kühlmöbel 1 repräsentativen Stelle, z. B. auf einer in mittlerer Höhe befindlichen Warenauslage 12 im – von vorn gesehen – insbesondere zweiten Viertel der Auslage 12 des Regals positioniert werden. Der Fühler 5 mit dem Massenspeicher 6 kann dabei in einer in die Auslage 12 integrierten oder darin angeordneten, aus Kunststoff oder Metall bestehenden Wanne 13, insbesondere in einer Höhe von ca. 3 bis 4 cm über deren Boden, deponiert werden, wobei das Anschlusskabel 11 für den Fühler 5 über die Auslage 12 in die Möbelrückwand geführt und der jeweilige Boden der Wanne 13 und/oder der Auslage 12 gelocht sein kann.
Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 gemäß 4a und 4b sind Befestigungsschellen 14 vorgesehen, mittels derer die Messanordnung 7 auch an einer anderen geeigneten Stelle im erfindungsgemäßen Kühlmöbel 1 positioniert und gehalten werden kann.
Im erfindungsgemäßen Kühlmöbel 1 kann vorteilhafterweise auf einen Rückluftfühler verzichtet werden, so dass sich der apparative Aufwand verringert. Anstatt einen Rückluftfühler vorzusehen, ist der mit dem Massenspeicher 6 gekoppelte Temperaturfühler 5 im Aufbewahrungs- bzw. Warenraum 2 angeordnet, wobei er, wie 2 veranschaulicht, an einen bestehenden Regler 15 – z. B. in einem Wurmsystem – angeschlossen werden kann. Somit kann der erfindungsgemäß bestimmte Temperaturwert mit Vorteil einerseits zu Regelungszwecken und andererseits zu Temperaturkontrollzwecken verwendet werden.
So geht auch bei einer Abtauung die tatsächliche, sich hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens träge verändernde Temperatur im Kühlgut 4, und nicht die sich hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens flink verändernde Temperaturänderung der Luft 3a, 3b, 3c in die Qualitätskontrolle des Kühlguts 4 ein.
Wie aus 2 hervorgeht, kann in dem erfindungsgemäßen Kühlmöbel 1 die Präsenz eines weiteren Temperaturfühlers 16 an einem Verdampferkorpus 17 eines Kühlkreislaufs 18 vorgesehen sein, in den das Kühlmöbel 1 eingebunden ist.
Wie dargestellt – kann auch noch ein weiterer, dritter, Temperaturfühler 19 für die Zuluft 3a in den Aufbewahrungsraum 2 für das Kühlgut 4 vorgesehen sein.
Der Fühler 16 am Verdampferkorpus 17, der dann montiert wird, wenn eine elektrische Abtauung vorgesehen ist, hat die Funktion, die Abtauung zu beenden. Im Besonderen kann dabei die Abtauung einerseits durch diesen Fühler 16 am Verdampferkorpus 17 und andererseits durch eine an einem nicht dargestellten Zeitschalter eingestellte Zeit beendet werden.
Der Zulufttemperaturfühler 19 gibt an, mit welchen Temperaturen die Zuluft 3a in das erfindungsgemäße Kühlmöbel 1 geblasen wird. In Abhängigkeit von dieser Zulufttem peratur lassen sich, insbesondere unter Berücksichtigung der Messwerte des Verdampferfühlers 16, Rückschlüsse auf den Zustand, insbesondere auf eine Vereisung, des Verdampfers 17 oder auf etwaige sonstige Störungen ziehen.
Die Waren- bzw. Kühlguttemperatur kann dabei aber ausschließlich mittels der Messwerte aus der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 geregelt werden, indem entsprechend einem Signal aus dem Regler 15 ein Stellventil 20 zur Zuführung oder zum Stop der Zuführung eines Kühlmediums im Kühlkreislauf 18 geöffnet bzw. geschlossen wird.
Um eine möglichst genaue Simulation des dynamischen thermischen Verhaltens des Kühlgutes 4 durch die erfindungsgemäße Messanordnung 7 zu erreichen, sollte der Verbund aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 eine durch eine thermische Koppelungs-Zeitkonstante T_K gekennzeichnete Ansprechzeit zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung der Luft 3b und deren Anzeige in der Messeinrichtung aufweisen, die mehrfach größer ist als eine durch eine thermische Fühler-Zeitkonstante T_F gekennzeichnete Ansprechzeit des Temperaturfühlers 5 allein zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung der Luft 3b und deren Anzeige in der Messeinrichtung. Die thermischen Fühler-Zeitkonstanten T_F von Thermoelementen und Widerstandsthermometern liegen bekanntermaßen je nach Bauart im Bereich von etwa 5 s bis 200 s. Durch eine große thermische Koppelungs-Zeitkonstante T_K der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 wird erreicht, dass diese stochastisch auftretende, kurzzeitige Änderungen der Lufttemperatur filtert und diese sich nicht auf die Messwerte niederschlagen, die die Temperatur des Kühlgutes 4 repräsentieren.
Hierzu ist es insbesondere von außerordentlichem Vorteil, wenn die thermische Koppelungs-Zeitkonstante T_K des Verbunds aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 zumindest näherungsweise gleich einer thermischen Wärmeübergangs-Zeitkonstante T_W ist, die das dynamische Verhalten des Wärmeübergangs von der Luft 3b zum Kühlgut 4 kennzeichnet.
Eine sich nach einer bestimmten Zeit t unter dem Einfluss der Kühlluft 3b im Aufbewahrungsraum 2 im Kühlgut 4 einstellende Temperatur T₄ kann in erster Näherung nach der Formel T4 = T4A – (T4A – T3)exp(–t/TW) (1)berechnet werden, wobei T_4A die Anfangstemperatur im Kühlgut 4 und T₃ die Temperatur der Kühlluft 3b ist.
Entsprechend gilt für die Temperatur T₇ in der erfindungsgemäßen Messanordnung 7: T7 = T7A – (T70 – T3)exp(–t/TK) (2),wobei T7A die Anfangstemperatur in der Messanordnung 7 ist.
Die thermische Koppelungs-Zeitkonstante T_K des Verbunds aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 bzw. die thermische Wärmeübergangs-Zeitkonstante T_W können nach der Formel Ti = C/(Aj·αj) (3)berechnet werden, wobei der Index i entweder K oder W und der Index j entweder 4 oder 7 ist und wobei A_j und α_j jeweils die Wärmeübergangsfläche A (in m²) und die Wärmeübergangszahl α (in W/m²·K) des Gutes 4 bzw. der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 bezeichnen.
C steht für eine mittlere Wärmekapazität (in kJ/K), die aus der Formel 1/C = 1/C3 + 1/Ci (4) berechnet werden kann. Hierin ist mit C₃ die Wärmekapazität der Luft 3b und C_j mit j = 4 oder 7 die Wärmekapazität des Gutes 4 bzw. der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 bezeichnet.
Damit die thermische Koppelungs-Zeitkonstante T_K des Verbunds aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 und die thermische Wärmeübergangs-Zeitkonstante T_W gleich groß sind, sollte also der Quotient aus der Wärmekapazität C₇ und dem Produkt aus Wärmeübergangszahl α₇ und Fläche A7 des Verbundes aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 etwa ebenso groß sein wie ein Quotient aus der Wärmekapazität C₄ und dem Produkt aus Wärmeübergangszahl α₄ und Fläche A₄ des Kühlgutes.
Die Wärmekapazität C_j ist allgemein Cj = mj·cj = rhoj·Vj (5),wobei m_j für die Masse (in kg), c_j für die spezifische Wärmekapazität (in kJ/K·kg), rho_j für die Dichte (in kg/m³ und V_j für das Volumen (in m³) – entweder des Kühlgutes 4 oder der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 – stehen.
Im einfachsten Fall kann eine optimale Simulation der Temperatur des Kühlgutes 4 durch die erfindungsgemäße Messanordnung 7 erreicht werden, wenn der Verbund aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 etwa die gleiche spezifische Wärmekapazität c, die gleiche Wärmeübergangszahl α gegenüber Luft, die gleiche Masse m und die gleiche Oberfläche A aufweist wie das Kühlgut 4. Die Wärmeübergangszahl α wird insbesondere durch die Konvektion der Luft, deren Einfluss für Messanordnung 7 und Gut 4 als gleichartig anzusehen ist, und die Wärmeleitfähikeit λ (in W/m·K) bestimmt. Folglich sollte die Wärmeleitfähigkeit λ des Verbundes aus Temperaturfühler 5 und Massenspeicher 6 etwa genauso groß sein wie die des Kühlgutes 4.

Für verschiedene Kühlgüter 4 enthält die nachstehende Tabelle 1 Werte für die spezifische Wärmekapazität c₄ und die Wärmeleitfähigkeit λ₄, die zur Festlegung der Eigenschaften des Massenspeichers 5 herangezogen werden können. Tabelle 1: Eigenschaften von Kühlgütern

Kühlgut 4	c[kcal/kg·K]	λ[W/m·K]
Obst und Gemüse
– frisch	0,80–0,95	0,49
– gefroren	0,50–0,65	1,12
Milch	0,93
Quark	0,70
Käse	0,45–0,65
Butter	0,55–0,60	0,22
Eier	0,76	0,43
Fisch
– roh	0,60–0,85	0,50–0,55
– getrocknet	0,55
– gefroren	0,30–0,55	0,95–1,17
Rindfleisch
– mager, frisch	0,77	0,47
– mager, gefroren	0,41	1,40
– fett, frisch	0,60
– fett, gefroren	0,30
Schweinefleisch
– mager, frisch	0,60	0,50
– mager, gefroren	0,37	1,55
– fett, frisch	0,51	0,37
– fett, gefroren	0,32	0,72

Wie bereits erwähnt, zeigt 5 ein Messwertdiagramm mit einem Vergleich eines zeitlichen Temperaturgangs der Luft L(T) und eines zeitlichen Temperaturgangs G(T) eines ersten Kühlgutes 4 – etwa über einen Tag hinweg – in einem Kühlmöbel. Auf der Abszissenachse ist die Zeit t in Stunden und auf der Ordinatenachse die Temperatur T in °C aufgetragen.
Als Kühlgut 4 wurden 500 g Hackfleisch (halb/halb), in Kunststoffschale, eingeschweißt, mit einer Öffnung für den Fühler eingesetzt. Es wurde ein Messgerät ”Testo 177-4” verwendet, das einen Testo-Einbaufühler mit Edelstahlhülse aufwies, der einen Messbereich von –50°C bis +205°C und eine Genauigkeit der Klasse 2 hatte.
Es ist zu sehen, dass die Temperaturverläufe L(T) und G(T) zeitlich und insbesondere stark in der Messwerthöhe voneinander abweichen. Die Lufttemperatur L(T) ist höher, wobei die Abweichungen von der Kühlguttemperatur G(T) stark schwanken. Zudem vollziehen sich die Änderungen der Lufttemperatur L(T) erheblich schneller als Temperaturänderungen des Hackfleisches.
6 zeigt – wie erwähnt – ein Messwertdiagramm mit einem Vergleich eines mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung 7 bestimmten zeitlichen Temperaturgangs E(T) in einem erfindungsgemäßen Kühlmöbel 1 – konkret wie bei den Messungen nach 5 in einem Kühlschrank – und eines zeitlichen Temperaturgangs J(T) eines zweiten Kühlgutes 4 in diesem Kühlmöbel 1.
Als Kühlgut 4 wurden 150 g Joghurt, 1,5% Fett, im Becher, mit einer Öffnung für Fühler eingesetzt. Zur Messung des zeitlichen Temperaturgangs J(T) im Kühlgut 4 wurde wiederum ein Messgerät ”Testo 177-4” verwendet, das einen Testo-Einbaufühler mit Edelstahlhülse aufwies, der einen Messbereich von –50°C bis +205°C und eine Genauigkeit der Klasse 2 hatte. Unter Verwendung dieses Fühlers als Temperaturfühler 5 wurde durch Einstecken in ein Gelkissen eine erfindungsgemäße Messan ordnung 7 hergestellt, wie sie in 3a und 3b dargestellt ist, und damit der Temperaturgang E(T) im Aufbewahrungsraum 2 des Kühlmöbels 1 aufgenommen.
Es ist zu sehen, dass die Temperaturverläufe E(T) und J(T) kaum voneinander abweichen. Die Temperaturkurven verlaufen nahezu gleich, wobei die Temperatur der Gelkissen 6a, 6b ca. 0,1 bis 0,3°C höher liegt als die des Joghurts. Diese Abweichungen können allerdings durch eine Kalibrierung beseitigt werden.
Der Warentemperaturfühler, also die erfindungsgemäße Messanordnung 7, wird einmal bei Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Kühlmöbels 1 kalibriert und muss nicht bei Änderung der Ladentemperatur, der Beleuchtungsverhältniss, erhöhter oder verringerter Kundenfrequenz am Kühlmöbel 1 oder bei Änderung von Luftgeschwindigkeit oder sonstiger Wärmequellen neu eingestellt werden. Der von der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 ermittelte Temperaturwert entspricht immer der Warentemperatur. Er kann mit Vorteil einerseits zu Regelungszwecken und andererseits zu Temperaturkontroll- und -protokollierungszwecken verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen, wie dies bereits aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht. So können als Gele 9 die unterschiedlichsten Stoffe eingesetzt werden, beispielsweise solche, wie sie in der DE 44 25 306 C1 oder DE 199 42 566 A1 beschrieben sind. Auch kann der Massenspeicher 6 in unterschiedlicher Größe und Form ausgeführt werden und damit unter Beachtung der in Tabelle 1 aufgeführten Werte beispielsweise an Messungen über oder unter 0°C angepasst werden.
Ähnliche Ergebnisse wie für die Kurve E(T) in 6 – jedoch mit stärkeren Abweichungen – wurden auch mit einem „Frigo Doc” Wurmfühler TRK 277 erreicht, der einen Messbereich von –45°C bis +65°C und eine Genauigkeit von weniger als +/–0,5 K bei –20°C, weniger als +/–0,2 K bei 0°C und weniger als +/–0,5 K bei 15°C hatte. Dieser Temperaturfühler 5 wurde einerseits in einer Messanordnung 7 mit einem Massenspeicher 5 gemäß 3a und 3b und anderseits mit einem Massenspeicher 5 gemäß 4a und 4b verwendet, wobei im letzteren Fall eine mit Öl befüllte Rohrhülse 10 aus Kupfer eingesetzt wurde. Unter Beachtung dessen, dass für Hackfleisch halb/halb gemäß Tabelle 1 mit einer spezifischen Wärmekapazität c von etwa 0,55 kcal/kg·K und einer Wärmeleitfähigkeit λ von etwa 0,48 W/m·K zu rechnen ist, während Öl entsprechende, insbesondere für die Wärmeleitfähigkeit abweichende Werte von 0,45 kcal/kg·K und von 0,22 W/m·K aufweist, könnte durch eine Veränderung der spezifischen Wärmekapazität c, der Wärmeübergangszahl α gegenüber Luft, der Masse m, der Oberfläche A und/oder der Wärmeleitfähigkeit λ hier noch eine Optimierung erfolgen.
Hierbei ist es von großer Bedeutung, bei der Betrachtung der Eigenschaften des Kühlgutes 4 auch besonderes Augenmerk auf dessen Verpackung zu legen, die die Dynamik des Wärmeübergangs entscheidend mitbestimmt. Gleiches trifft auf die Gestaltung der Oberfläche des Massenspeichers 6 zu. An der Verpackung des Kühlgutes 4 und an der Oberfläche des Massenspeichers 6 vollzieht sich jeweils der in hohem Maß geschwindigkeitsbestimmende Schritt des konvektiven Wärmeübergangs von der Luft 3b im Aufbewahrungsraum 2 an das Kühlgut 4 bzw. an den Massenspeicher. Daher sollte insbesondere für die Oberfläche des Massenspeichers 6 ein Material gewählt werden, das in seinem Kühlverhalten, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, der Verpackung des Kühlgutes 4 angepasst ist. So kann beispielsweise eine metallische Hülse 10, wie sie in der Ausführungsform gemäß 4a und 4b vorgesehen ist, beispielsweise durch Lackieren, mit einer Polymerschicht überzogen werden. So wird der Einfluss der hohen Wärmeleitfähigkeit des Metalls – Kupfer: 350 bis 370 W/m·K – auf die Wärmeübergangszahl α und damit auf eine Verringerung der thermischen Fühler-Zeitkonstante T_F ausgeschaltet bzw. herabgesetzt.
Was das Messsystem und die darin befindliche Messeinrichtung der erfindungsgemäßen Messanordnung 7 betrifft, die figürlich nicht dargestellt sind, so können diese in an sich bekannter Art und Weise ausgeführt sein und beispielsweise ein geeignetes Anzeigegerät oder einen Rechner enthalten, mit dem das Anschlusskabel 11 zum Temperaturfühler 5 verbunden wird. Gleiches trifft auch auf die Gestaltung des in 2 gezeigten Reglers 15 zu.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die in den Ansprüchen 1 und 18 definierten Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

1: Kühlmöbel
2: Aufbewahrungsraum für 4 in 1
3a: Zuluft zu 2
3b: Luft in 2
3c: Rückluft aus 2
4: Kühlgut in 2
5: Temperaturfühler
6: Massenspeicher
6a, 6b: Kissen (3a, 3b)
7: Messanordnung aus 5 und 6
8: Kunststoffolie von 6a, 6b
9: Gel in 6a, 6b
10: Hülse von 6 (4a, 4b)
11: Anschlusskabel zu 5
12: Auslage von 1
13: Wanne für 7
14: Befestigungsschellen für 10
15: Regler
16: Temperaturfühler für 3a
17: Verdampfer(korpus) in 18
18: Kühlkreislauf für 1
19: Temperaturfühler an 18
20: Stellventil in 18
E(T): Temperaturgang von 7
G(T): Temperaturgang von 4, Hackfleisch
J(T): Temperaturgang von 4, Joghurt
L(T): Temperaturgang von 3a

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19546493 A1 [0003]
- DE 4425306 C1 [0059]
- DE 19942566 A1 [0059]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 10508 [0002]

Claims

Kühlmöbel (1) mit einem durch Luft (3a, 3b, 3c) gekühlten Aufbewahrungsraum (2) für Kühlgut (4) und mit einem Messsystem, das eine Messeinrichtung mit mindestens einem Temperaturfühler (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (5) mit einem Massenspeicher (6) derart gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler (5) die Temperatur des Massenspeichers (6) erfasst, wobei der Massenspeicher (6) innerhalb des Aufbewahrungsraumes (2) für das Kühlgut (4) angeordnet ist und aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem des Kühlgutes (4) angepasst ist.
Kühlmöbel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenspeicher (6) den Temperaturfühler (5) vollständig umhüllt.
Kühlmöbel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenspeicher (6) mindestens ein von einer Kunststofffolie (8) umhülltes mit einem Gel (9) oder einer Flüssigkeit gefülltes Kissen umfasst.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (5) zwischen zwei Gelkissen (6a, 6b) verklebt ist.
Kühlmöbel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenspeicher (6) mindestens eine, insbesondere metallische, mit einem Gel (9) oder einer Flüssigkeit gefüllte Rohrhülse (10) umfasst.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gel (9) ein Hydrogel ist oder dass die Flüssigkeit überwiegend aus Wasser oder aus einem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch besteht.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gel (9) oder die Flüssigkeit einen unter 0°C, insbesondere im Bereich von –15°C bis –20°C, liegenden Erstarrungsbereich oder Schmelzpunkt aufweist, wozu das Gel (9) oder die Flüssigkeit insbesondere einen den Gefrierpunkt von Wasser herabsetzenden Zusatz, wie ein Salz oder einen mehrwertigen Alkohol, insbesondere Kochsalz, Isopropanol oder Ethylenglykol, enthält.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gel (9) als Gelbildner Kieselsäure, ein Polysaccharid, insbesondere Stärke, ein Zellulosederivat, Xanthan, Guar- oder Johannisbrotkernmehl, Agar Agar, Gummi arabicum, Alginat, Bentonit, Chitin, Hyaloronsäure oder ein Polyacrylat enthält.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Temperaturfühler (5) und Massenspeicher (6) eine durch eine thermische Koppelungs-Zeitkonstante (T_K) gekennzeichnete Ansprechzeit zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung der Luft (3b) und deren Anzeige in der Messeinrichtung aufweist, die mehrfach größer ist als eine durch eine thermische Fühler-Zeit konstante (T_F) gekennzeichnete Ansprechzeit des Temperaturfühlers (5) allein zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung der Luft (3b) und deren Anzeige in der Messeinrichtung.
Kühlmöbel (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Koppelungs-Zeitkonstante (T_K) des Verbunds aus Temperaturfühler (5) und Massenspeicher (6) zumindest näherungsweise gleich einer thermischen Wärmeübergangs-Zeitkonstante (T_W) ist, die das dynamische Verhalten des Wärmeübergangs von der Luft (3b) zum Kühlgut (4) kennzeichnet.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Temperaturfühler (5) und Massenspeicher (6) etwa die gleiche spezifische Wärmekapazität (C), die gleiche Wärmeübergangszahl (α), die gleiche Masse (m), die gleiche Wärmeleitfähigkeit (λ) und/oder die gleiche Oberfläche (A) aufweist wie das Kühlgut (4).
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus der Wärmekapazität (C₇) und dem Produkt aus Wärmeübergangszahl (α₇) und Fläche (A₇) des Verbundes aus Temperaturfühler (5) und Massenspeicher (6) etwa ebenso groß ist wie ein Quotient aus der Wärmekapazität (C₄) und dem Produkt aus Wärmeübergangszahl (α₄) und Fläche (A₄) des Kühlgutes (4).
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (5) ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement ist.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Temperaturfühler (5) und Massenspeicher (6) innerhalb einer in den Aufbewahrungsraum (2), vorzugsweise in eine in mittlerer Höhe befindliche Auslage (12), integrierten oder angeordneten Wanne (13) aus Kunststoff oder Metall, insbesondere in einer Höhe von etwa 3 bis 4 cm über einem Boden der Wanne (13), angeordnet ist.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusskabel (11) für den Temperaturfühler (5) durch eine Möbelrückwand geführt ist.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen weiteren Temperaturfühler (19), der an einem Verdampferkorpus (17) eines Kühlkreislaufs (18) für die Luft (3a, 3b, 3c) angeordnet ist.
Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch einen weiteren Temperaturfühler (16) für die kühlende Luft (3a), der im Zuführbereich der Luft (3a) in den Aufbewahrungsraum (2) für das Kühlgut (4) angeordnet ist.
Messanordnung (7) mit mindestens einem Temperaturfühler (5), vorzugsweise für ein Kühlmöbel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (5) mit einem Massenspeicher derart (6) gekoppelt ist, dass der Temperaturfühler (5) die Temperatur des Massenspeichers (6) erfasst, wobei der Massenspeicher (6) aus einem Material besteht, dessen Kühlverhalten dem Kühlverhalten eines Kühlgutes (4) angepasst ist, dessen Temperatur bestimmt werden soll.
Messanordnung (7) nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils eines der Ansprüche 2 bis 13.
Messanordnung (7) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Massenspeichers (6) aus einem Material besteht, das in seinem Kühlverhalten, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, der Verpackung des Kühlgutes (4) angepasst ist.
Messanordnung (7) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche des Massenspeichers (6) aus einem Polymer, wie einer Lackschicht, besteht.