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Die Erfindung betrifft eine Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel, insbesondere eine Warm-Kalt-Platte mit einem ein Umwälzpumpe sowie einen Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch mit Umgebungsluft aufweisenden Flüssigkeitskreislauf und mit einem an den Flüssigkeitskreislauf angeschlossenen Thermoelektrik-Modul, welches zumindest einen durchströmbaren Wärmeaustauschkörper, eine Kontaktplatte als Lebensmittelaufnahme und mehrere Peltier-Elemente zwischen der Kontaktplatte und dem zumindest einen Wärmeaustauschkörper aufweist.
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Bei der Präsentation und Bereithaltung von Speisen in Kantinen, Restaurants oder anderen Essensausgaben besteht das Bedürfnis, vorbereitete offene Speisen oder auch verpackte Speisen sowie Getränke bei einer vorgegebenen Temperatur bzw. in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten.
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Beispielsweise müssen verderbliche Kühlwaren wie Wurstwaren, Käse und andere Milchprodukte, Gemüse und Salate, kalte Fischprodukte wie Räucherwaren und Sushi, Kaltgetränke und dergleichen bis zu der Entnahme durch einen Benutzer kalt gehalten werden. Es ist dabei bekannt, entsprechende Produkte bei einer Temperatur zu halten, welche geringfügig über dem Gefrierpunkt liegt. Bei einer Temperatur um ca. 3°C können die genannten Produkte über einen langen Zeitraum frisch und genießbar gehalten werden, ohne dass ein wesentlicher Qualitätsverlust auftritt. Darüber hinaus kann auch das Bedürfnis bestehen, Lebensmittel unter 0°C zu präsentieren und aufzubewahren. Dies trifft beispielsweise für Speiseeis zu. Eine Präsentation und Lagerung unter 0°C kann auch zweckmäßig sein, wenn die Lebensmittelprodukte zunächst frisch zubereitet und nicht unmittelbar verspeist werden sollen.
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Darüber hinaus besteht häufig auch das Bedürfnis, vorbereitete Speisen aufzuwärmen oder warm zu halten. Je nach Art der Speise ergeben sich in diesem Zusammenhang unterschiedliche Temperaturvorgaben um beispielsweise Backwaren oder auch Kuchen warm und frisch bereitstellen zu können, ist ein Temperaturbereich zwischen 30 °C und 60 °C zweckmäßig. Dagegen kann für das Warmhalten von warmen Speisen auch eine höhere Temperatur angestrebt werden.
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Um Lebensmittel bedarfsgerecht zu temperieren, sind aus der Praxis unterschiedliche Kühl-/Heizvorrichtungen bekannt. Ein Aufwärmen oder Warmhalten von Speisen kann beispielsweise durch ohmsche Heizelemente, induktive Heizelemente oder auch Infrarotstrahlung erfolgen. Für das Kühlen bzw. Kalthalten von Speisen sind insbesondere Kühlkreisläufe mit einem Kompressor bekannt, wobei die verschiedenen Kühl- und Heizeinrichtungen auch miteinander kombiniert werden können.
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Um Lebensmittel wahlweise zu kühlen oder zu heizen, sind im besonderen Maße Peltier-Elemente geeignet, welche je nach Verschaltung sowohl in einem Heizbetrieb als auch in einem Kühlbetrieb genutzt werden können.
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So ist aus der
DE 10 2014 109 708 A1 eine gattungsgemäße Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel bekannt, welche ein Thermoelektrik-Modul mit Peltier-Elementen ausweist.
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Thermoelektrik-Module mit Peltier-Element sind sehr kompakt und haben ein verhältnismäßig geringes Gewicht. Sie arbeiten besonders energieeffizient ohne bewegliche Teile, benötigen kein umweltbelastendes Kältemittel und sind vibrations- und geräuschfrei. Peltier-Elemente sind Gleichstrombauteile und damit über den gesamten Leistungsbereich leicht regelbar. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Peltier-Elemente als Kälte- und Wärmeaggregat ideal für die Integration in mobilen Geräten zur Speisenverteilung wie beispielsweise Warm-Kalt-Platten.
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Dabei ist zu beachten, dass bei einem handelsüblichen Peltier-Element die maximale Temperaturdifferenz bei etwa 70 Kelvin liegt, wodurch der einstellbare Temperaturbereich begrenzt ist. Um diesen Temperaturbereich ausgehend von einer Umgebungstemperatur ausnutzen zu können, ist bei der gattungsgemäßen Kühl-/Heizvorrichtung ein Flüssigkeitskreislauf mit einem Wärmetauscher für den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft vorgesehen.
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Die Druckschriften
DE 10 2010 032 483 A1 ,
DE 3901913 A1 ,
EP 1 352 600 B1 und
WO 2008/002652 A2 betreffen Temperiereinrichtungen für Lebensmittel mit einer Kontaktplatte zur Aufnahme der Lebensmittel, unter denen Peltier-Elemente zum Kühlen und/oder Heizen angeordnet sind. Zur Effizienzsteigerung werden dabei auch Gebläse und gemäß der
WO 2008/002652 A2 ein Flüssigkeitskreislauf vorgeschlagen.
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Die bekannten Ausgestaltungen von Kühl-/Heizvorrichtungen mit Peltier-Elementen haben sich in der Praxis insbesondere für ein Kalthalten und Warmhalten bewährt, wobei aufgrund der begrenzten Temperaturunterschiede über das Peltier-Element und der installierbaren elektrischen Leistung ein Aufwärmen von zunächst kalten Speisen in der Regel nicht vorgesehen oder zumindest sehr langwierig ist.
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Grundsätzlich stehen dem Fachmann bei der Handhabung von Lebensmitteln unterschiedliche Konzepte zur Verfügung, welche auch miteinander kombiniert werden können. So ist es beispielsweise möglich, Lebensmittel zunächst anderweitig aufzuwärmen und dann auf einer bekannten Warm-Kalt-Platte lediglich warmzuhalten. Insbesondere im Bereich von Großküchen kommt dabei auch ein sogenanntes Regenerieren von Speisen in Betracht. Für warme Mahlzeiten werden die entsprechenden Lebensmittelportionen zusammengestellt, wobei die Lebensmittelzusammenstellungen nach ihrer Zubereitung gekühlt und kalt gehalten werden, bis unmittelbar vor dem Verzehr oder die Bereitstellung zum Verzehr eine erneute Erwärmung erfolgen. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Speisen noch nicht fertig zubereitet, das heißt noch nicht fertig gegart sind. Bei der abschließenden Erwärmung wird dann auch der Garprozess vollendet, sodass dann - trotz der zwischenzeitlichen Lagerung - Speisen einer sehr hohen Qualität und Frische präsentiert werden können. Entsprechende Ansätze sind in der Fachliteratur unter dem Stichwort COOK-AND-CHILL bekannt, worauf hier lediglich allgemein verwiesen wird.
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Weitere Vorrichtungen und Verfahren zum Temperieren von Lebensmitteln sind aus
WO 2014/072693 A1 ,
EP 1 475 583 A1 ,
DE 10 2011 102 219 A1 ,
DE 10 2012 212 043 A1 ,
WO 2008/019805 A2 ,
US 5,941,077 ,
FR 2 660 057 ,
DE 200 19 219 U1 ,
DE 20 2005 014 162 U1 und
DE 101 01 028 C2 bekannt. Bereits vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass dem Fachmann unterschiedlichste Ansätze für die Handhabung von Lebensmitteln zur Verfügung stehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel derart weiterzubilden, dass sich bei einer einfachen Handhabung und einer guten Energieeffizienz ein erweitertes Einsatzspektrum ergibt.
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Des Weiteren soll noch ein Verfahren zum Betrieb der Kühl-/Heizvorrichtung angegeben werden.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe sind eine Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17.
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Ausgehend von einer gattungsgemäßen Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel ist demnach erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Flüssigkeitskreislauf eine Flüssigkeitsheizung aufweist. Die Flüssigkeitsheizeinrichtung befindet sich üblicherweise außerhalb des Thermoelektrik-Moduls und dient dazu, im Zulauf des Thermoelektrik-Moduls in einem Heizbetrieb die Eingangstemperatur zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird damit bei dem Heizbetrieb die Referenztemperatur für den Betrieb der Peltier-Elemente nach oben verschoben, sodass eine Entkoppelung von der Umgebungstemperatur erfolgt. Der Flüssigkeitskreislauf kann dabei ohne Weiteres isoliert und/oder in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sein, sodass im Hinblick auf den Flüssigkeitskreislauf nur eine geringe Abgabe von Wärme an die Umgebung erfolgt. Im Hinblick auf die Peltier-Elemente wird in dem beschriebenen Heizbetrieb die Kontaktplatte gegenüber dem zumindest einen durchströmbaren Wärmeaustauschkörper aufgeheizt. Der oder vorzugsweise mehrere Wärmeaustauschkörper sind somit an der kalten Seite der Peltier-Elemente angeordnet.
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Wenn bei der üblichen Ausgestaltung der Peltier-Elemente eine Temperaturdifferenz von 70 Kelvin erreicht wird, kann die Kontaktplatte beispielsweise bei einer Vorlauftemperatur des Thermoelektrik-Moduls von 60 °C auf etwa 130 °C erwärmt werden.
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Es ist somit im Rahmen der Erfindung gerade auch möglich, auf der Kontaktplatte abgestellte Lebensmittel effektiv zu erhitzen oder auch vorbereitete Speisen in einem COOK-AND-CHILL-Verfahren zu regenerieren.
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Dabei ergibt sich auch der Vorteil, dass in dem Kühlkreislauf selbst moderate Temperaturen von beispielsweise 60 °C vorherrschen, sodass ein sicherer Betrieb der Kühl-/Heizvorrichtung ohne Weiteres möglich ist. Insbesondere kann auch Wasser oder eine Flüssigkeit mit Wasser als Hauptbestandteil in dem Flüssigkeitskreislauf vorgesehen sein. Wasser kann beispielsweise mit üblichen Korrosionsschutzmitteln oder anderen Zusätzen versehen sein.
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Auch wenn einfaches Wasser oder eine Flüssigkeit mit Wasser als Hauptbestandteil eingesetzt wird, ist die maximale Temperatur der Kontaktplatte nicht auf 120 °C begrenzt. So kann einfaches Wasser oder eine Flüssigkeit mit Wasser als Hauptbestandteil bis nahe an 100 °C, z. B. 95 °C erhitzt werden, sodass dann die maximale Temperatur einer Kontaktplatte bei etwa 150 °C bis 170 °C liegt. Für den üblichen Betrieb ist jedoch in der Regel ein Temperaturbereich der Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel zwischen beispielsweise -20 °C und +140 °C, insbesondere zwischen -15 °C und +120 °C ausreichend.
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Vorzugsweise werden die Peltier-Elemente und optionale Wärmeverteilplatten und -Elemente in Isoliermaterial angeordnet, um lediglich in einer gewünschten Richtung eine Wärmeübertragung zwischen der Kontaktplatte und dem zumindest einen Wärmeaustauschkörper sicherzustellen und darüber hinausgehende Wärmeverluste weitgehend zu vermeiden. Beispielsweise können die Peltier-Elemente in Öffnungen einer Schicht und insbesondere Platten aus Isoliermaterial angeordnet sein, um laterale Wärmeverluste zu vermeiden.
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Die Kontaktplatte ist im Hinblick auf eine gute Wärmeübertragung bevorzugt aus einem Metall gebildet, welches an seiner freiliegenden Oberfläche für einen besseren Schutz auch beschichtet sein kann. Besonders geeignet ist beispielsweise eine vergleichsweise dünne Kontaktplatte aus beschichtetem Aluminium, wobei Aluminium hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit, des Gewichtes und der Wärmeübertragung sowie der Kosten einen geeigneten Kompromiss darstellt.
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Die Kontaktplatte kann beispielsweise eine Fläche zwischen 0,1 m2 und 2,5 m2, insbesondere zwischen 0,2 m2 und 1 m2, vorzugsweise zwischen 0,2 m2 und 0,5 m2, aufweisen. Ausgehend von einer rechteckigen Grundfläche kann die Menge der kurzen Seite beispielsweise zwischen 0,3 m und 0,9 m und die Länge der langen Seite zwischen 0,4 m und 1,2 m betragen, wobei grundsätzlich auch eine quadratische Fläche in Betracht kommt. Die Kontaktfläche kann beispielsweise auch für die Aufnahme von zwei Gastronormbehältern der Größe GN 1/1 nebeneinander vorgesehen sein, wobei sich dann eine Fläche von in etwa 0,35 m2 ergibt. Grundsätzlich muss die Grundfläche jedoch nicht rechteckig sein.
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Um die Herstellungskosten der Kühl-/Heizvorrichtung gering zu halten und auf Standortkomponenten zurückgreifen zu können, werden zweckmäßigerweise Peltier-Elemente eingesetzt, die jeweils im Vergleich zu der Kontaktfläche klein sind. Die Peltier-Elemente können dann über die Fläche der Kontaktplatte verteilt werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Gruppen von Peltier-Elementen über jeweils eine zugeordnete Wärmeverteilplatte an die Kontaktplatte thermisch angeschlossen sind. Mehrere Wärmeverteilplatten können beispielsweise parallel zueinander angeordnet und in Öffnungen einer Schicht aus Isoliermaterial aufgenommen sein. Auch die Wärmeverteilplatten sind bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere Aluminium gebildet.
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Um einen einfachen und molaren Aufbau des Thermoelektrik-Moduls zu erreichen, sind vorzugsweise mehrere Wärmeaustauschkörper vorgesehen, die in einer Parallelschaltung an dem Flüssigkeitskreislauf angeschlossen sind. In einzelnen Wärmeaustauschkörpern ist dann jeweils ein Teil der Peltier-Elemente zugeordnet. Insbesondere kann für die Gruppen von Peltier-Elementen, die jeweils einer Wärmeverteilplatte zugeordnet sind, auch genau ein Wärmeaustauschkörper zugeordnet sein.
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Der Wärmeaustauschkörper weist Anschlüsse für den Flüssigkeitskreislauf auf, wobei der Wärmeaustauschkörper von der Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder einer Flüssigkeit mit Wasser als Hauptbestandteil durchströmt wird und somit ein Wärmeaustausch möglich ist. Im einfachsten Fall ist der Wärmeaustauschkörper als eine Art hohles Gehäuse gebildet, wobei Gehäusewände aus Metall im Hinblick auf die Wärmeübertragung bevorzugt sind. Um einen intensiven Wärmeaustausch zu ermöglichen, kann die in dem Flüssigkeitskreislauf geförderte Flüssigkeit auch mäanderförmig geführt werden, wobei auch metallische Einbauten zum verbesserten Temperaturaustausch innerhalb der Wärmeaustauschkörper vorgesehen sein können.
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Wenn die Kühl-/Heizeinrichtung bei einer aktiven Flüssigkeitsheizeinrichtung betrieben wird, erfolgt an dem Wärmetauscher üblicherweise kein Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft, weil die Flüssigkeit an dem Ausgang des Thermoelektrik-Moduls bereits eine Temperatur aufweist, welche oberhalb der Umgebungstemperatur liegt.
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Wenn der Wärmetauscher noch in dem Flüssigkeitskreislauf eingebunden ist, kann beispielsweise ein Lüfter ausgeschaltet werden, sodass dann keine Umgebungsluft mehr über den Wärmetauscher geleitet wird. Besonders bevorzugt kann der Wärmetauscher jedoch auch über eine Bypass-Leitung überbrückt werden, sodass dieser dann überhaupt nicht mehr durchströmt wird.
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Es versteht sich, dass man bei einer solchen Ausgestaltung der Flüssigkeitskreislauf mit geeigneten Ventilen ausgerüstet ist, welche an einer zentralen Steuerung angeschlossen sind. Darüber hinaus ist eine zentrale Steuerung auch notwendig, um wahlweise einen Kühl- oder Heizbetrieb durchzuführen und dabei Temperaturvorgaben einzuhalten.
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In diesem Zusammenhang ist zumindest ein Temperaturfühler an der elektronischen Steuerung angeschlossen. So ist es beispielsweise zweckmäßig, in dem Thermoelektrik-Modul oder an dem Zulauf des Thermoelektrik-Moduls die Temperatur in dem Kühlkreislauf zu messen, um entsprechend auch die Flüssigkeitsheizeinrichtung in geeigneter Weise zu steuern. Darüber hinaus können aber auch noch weitere Temperaturfühler an anderen Stellen oder weitere Sensoren vorgesehen sein. Eine Temperaturmessung kann beispielsweise auch unmittelbar an der Kontaktplatte, an dem Ausgang des Thermoelektrik-Moduls, an dem Zulauf des Wärmetauschers, an dem Ablauf des Wärmetauschers oder auch zur Messung der Umgebungstemperatur zweckmäßig sein.
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In bekannter Weise können auch ein Bediendisplay, Kontrollleuchten oder dergleichen an die elektronische Steuerung angeschlossen sein. Schließlich umfasst die elektronische Steuerung zweckmäßigerweise auch über integrierte Schaltkreise, wie Mikrocontroller oder dergleichen, um verschiedene Betriebsweisen zu ermöglichen. Insbesondere können auch Schnittstellen für eine externe Steuerung mittels Computer, Smartphone, Tablet oder dergleichen vorgesehen sein, wobei sowohl kabellose (Bluetooth, WLAN, NFC, ZigBee) als auch kabelgebundene (LAN, USB, usw.) Schnittstellen in Betracht kommen.
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Um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden, befindet sich die Flüssigkeitsheizeinrichtung in einer vorgegebenen Strömungsrichtung hinter der Umwälzpumpe und dem Wärmetauscher. Dadurch wird erreicht, dass zwar in der gewünschten Weise bei dem Heizbetrieb der Arbeitspunkt der Peltier-Elemente nach oben verschoben wird, wobei jedoch andererseits die thermische Belastung der weiteren Komponenten sowie die thermischen Verluste minimiert werden.
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In bekannter Weise kann der Flüssigkeitskreislauf einen Ausgleichs- und/oder Vorratsbehälter aufweisen.
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Mit der Kontaktfläche können im Rahmen der Erfindung Speisen gekühlt, kalt gehalten, erwärmt und warm gehalten werden. Es ergibt sich durch den Einsatz von Peltier-Elementen eine besonders hohe Energieeffizienz bei einer einfachen und flexiblen Handhabung. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Kombination mit weiteren Einrichtungen zum Warmhalten, Kalthalten oder Befeuchten von Speisen denkbar.
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Oberhalb der Kontaktplatte kann beispielsweise ein Heizstrahler in Form einer Infrarotlampe oder dergleichen vorgesehen sein. Des Weiteren können für einen Kühlbetrieb auch ein Luftgebläse und/oder eine Befeuchtungseinrichtung vorgesehen sein.
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Wenn für einen Kühlbetrieb ein Kaltluftgebläse vorgesehen ist, so kann das Luftgebläse auch einen Kühlkompressor aufweisen. Die damit verbundene Geräuschentwicklung sowie der Einsatz von einem Kältemittel werden dann in Kauf genommen. Grundsätzlich kann der Einsatz unterschiedlicher Kühlkonzepte (Peltier-Element und Kühlkompressor) im Rahmen der beschriebenen Ausgestaltung sinnvoll sein, weil die jeweiligen Kühleinrichtungen für den entsprechenden Einsatz optimiert sind. Wenn beispielsweise ein Kühlkompressor lediglich für das Abkühlen von Luft in einem Luftgebläse vorgesehen ist, so kann ein vergleichsbarer kleiner Kühlkompressor eingesetzt werden, der auch sicher zu betreiben ist. Als Befeuchtungseinrichtung kann beispielsweise ein Verdampfer vorgesehen sein, bei dem Wasser zunächst verdampft und dann durch den kalten Luftstrom abgekühlt wird.
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Die Flüssigkeitsheizeinrichtung weist zweckmäßigerweise eine einfache ohmsche Heizung auf, die beispielsweise eine maximale Leistung zwischen 50 W und 1200 W, insbesondere zwischen 150 W und 700 W aufweisen kann. Geeignet als ohmsche Heizung ist beispielsweise eine Heizschlange.
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Die Peltier-Elemente können zusammen beispielsweise eine maximale elektrische Leistung zwischen 100 W und 2,4 kW, bevorzugt zwischen 200 W und 1,5 kW, aufweisen. Bis auf optionale Sensoren, Anzeigeeinrichtungen oder dergleichen sind die Peltier-Elemente bevorzugt die einzigen elektrischen Verbraucher des Thermoelektrik-Moduls. Insbesondere weist das Thermoelektrik-Modul bevorzugt keine weiteren Kühl- oder Heizeinrichtungen auf.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb der Kühl- und Heizvorrichtung zum wechselweisen Kühlen und Erwärmen bzw. Warmhalten von Lebensmitteln, wobei
- - in einem Kühlbetrieb die Peltier-Elemente in einem ersten Betriebsmodus derart verschaltet sind, dass die Kontaktplatte gegenüber dem zumindest einen Wärmetauschkörper abgekühlt wird, wobei die von dem Peltier-Elementen erzeugte Abwärme durch ein in dem Flüssigkeitskreislauf zirkulierendem Fluid, insbesondere Wasser abtransportiert und von dem Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben wird,
- - in einem ersten Heizbetrieb die Peltier-Elemente in einem zweiten Betriebsmodus derart verschaltet sind, dass die Kontaktplatte gegenüber dem zumindest einen Wärmetauschkörper aufgewärmt wird und das Fluid in dem Flüssigkeitskreislauf zirkuliert, wobei die Flüssigkeitsheizeinrichtung nicht aktiv ist,
- - in einem zweiten Heizbetrieb die Peltier-Elemente in dem zweiten Betriebsmodus derart verschaltet sind, dass die Kontaktplatte gegenüber dem zumindest einen Wärmetauschkörper aufgewärmt wird, das Fluid in dem Flüssigkeitskreislauf zirkuliert, der Wärmetauscher deaktiviert oder durch einen Bypass überrückt ist und das Fluid in der Flüssigkeitsheizeinrichtung erwärmt wird.
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Der Kühlbetrieb, der erste Heizbetrieb und der zweite Heizbetrieb können kontinuierlich ineinander überführt werden bzw. schließen kontinuierlich aneinander an. Ausgehend von einer Umgebungstemperatur von beispielsweise 23 °C ist es dann möglich, eine Temperatur der Kontaktplatte zwischen - 15 °C und + 140 °C einzustellen. Alternativ können auch bestimmte Temperaturen oder Betriebsmodi fest vorgegeben werden, wobei zur Vermeidung von Fehlbedienungen dann nur eine Auswahl der vorgegebenen Einstellungen und Parameter erfolgen kann.
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Der Kühlbetrieb und der erste Heizbetrieb entsprechen der üblichen Betriebsweise an der Kühl-/Heizvorrichtung mit Peltier-Elementen. Während im Kühlbetrieb die Abwärme von dem in dem Flüssigkeitskreislauf zirkulierenden Fluid abtransportiert und von dem Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben wird, kann im ersten Heizbetrieb abhängig von der eingestellten Temperatur und der Umgebungstemperatur flexibel festgelegt werden, ob der Wärmetauscher aktiv oder inaktiv ist. Wenn in dem ersten Heizbetrieb die Flüssigkeitstemperatur an dem Ausgang des Thermoelektrik-Moduls unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, kann zur Effizienzsteigerung der Wärmetauscher betrieben werden. Falls dagegen die Flüssigkeitstemperatur an dem Ausgang des Thermoelektrik-Moduls bereits oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, so wird der Wärmetauscher deaktiviert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können auch Schwankungen der Umgebungstemperatur ausgeglichen werden. Im Rahmen der Erfindung ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Temperaturbereich zwischen -15 °C und 120 °C und vorzugsweise zwischen -15 °C und 140 °C auch dann eingestellt werden kann, wenn die Umgebungstemperatur beispielsweise zwischen 0 °C und 40 °C oder zumindest zwischen 10 °C und 32 °C schwankt.
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Der Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Kühl-/Heizvorrichtung in Form einer mobilen Warm-Kalt-Platte,
- 2 eine Darstellung wesentlicher Komponenten der Kühl-/Heizvorrichtung,
- 3 die Bestandteile eines Thermoelektrik-Moduls der Kühl-/Heizvorrichtung,
- 4 eine Teilansicht des Thermoelektrik-Moduls in einer Schnittdarstellung.
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Die 1 zeigt eine Kühl-/Heizvorrichtung für Lebensmittel in Form einer Warm-Kalt-Platte. Als Warm-Kalt-Platte wird in diesem Zusammenhang in dem Ausführungsbeispiel die gesamte Kühl-/Heizvorrichtung mit einer in 1 sichtbaren Kontaktplatte 1 und einem Gehäuse 2 verstanden, welches weitere, nachfolgend beschriebene Komponenten und Bauteile aufnimmt.
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In der 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass das Gehäuse 2 an seiner Unterseite Rollen 3 aufweist und somit mobil verfahren werden kann.
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Des Weiteren ist über der Kontaktplatte 1 ein Luftschleier von Kühlluft vorgesehen, der aus seitlichen Schlitzen 4 austritt. Insbesondere kann ein solches Luftgebläse oberhalb der Kontaktplatte 1 auch eine hier nicht näher beschriebenen Befeuchtungseinrichtung sowie einen Kühlkompressor aufweisen, obwohl die Kontaktplatte 1 - wie nachfolgend im Detail beschrieben - durch Peltier-Elemente 5 wahlweise gekühlt oder erwärmt wird, um Lebensmittel bei einer gewünschten Temperatur zu halten bzw. abzukühlen oder aufzuwärmen.
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Wesentliche Bestandteile der Kühl-/Heizvorrichtung sind in der 2 dargestellt. Diese Kühl-/Heizvorrichtung umfasst einen Flüssigkeitskreislauf 6, ein Thermoelektrik-Modul 7 und eine elektronische Steuerung 8. Die genaue Verschaltung der verschiedenen Komponente ist nicht im Detail dargestellt. Insbesondere sind zum Zwecke der einfachen Darstellung übliche Stromanschlüsse nicht abgebildet.
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Der Flüssigkeitskreislauf 6 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Bezug auf eine vorgegebene Strömungsrichtung hintereinander einen Ausgleichsbehälter 9, eine Umwälzpumpe 10, einen Wärmetauscher 11 mit einem Gebläse 12 und eine Flüssigkeitsheizeinrichtung 13. In Strömungsrichtung gesehen verläuft eine Bypass-Leitung 14 parallel zu dem Wärmetauscher 11, wobei entsprechende Ventile für die Leitung der Flüssigkeit entweder über den Wärmetauscher 11 oder die Bypass-Leitung 14 sowie übliche Anschlüsse solcher Ventile an die elektronische Steuerung 8 zum Zwecke einer einfachen Darstellung nicht abgebildet sind.
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Die einzelnen Bestandteile des Thermoelektrik-Moduls 7 sind in der 3 dargestellt, wobei die 4 die Anordnung der Bestandteile im montierten Zustand zeigt.
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Das Thermoelektrik-Modul 1 umfasst gemäß der 3, die auch in 1 sichtbare Kontaktplatte, auf der Lebensmittel entweder direkt oder vorzugsweise auf Geschirrteilen abgelegt und für einen Benutzer bereitgehalten werden können. Wesentliche Bestandteile des Thermoelektrik-Moduls 7 sind mehrere Peltier-Elemente 5. Die Wärmeaustauschkörper 15 sind in einer Parallelschaltung (vgl. 2) an den Flüssigkeitskreislauf 6 angeschlossen und werden bei dem Betrieb der Kühl-/Heizvorrichtung von einem Zulauf 16 zu einem Ablauf 17 durchströmt, wobei je nach Betriebsart die durchströmten Wärmeaustauschkörper 15 ein Wärme- bzw. Kälte-Reservoir für die Peltier-Elemente 5 bilden.
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Die Peltier-Elemente 5 sind gemäß der 3 in Schichten 18a, 18b eines Isoliermaterials angeordnet, um laterale Wärmeverluste zu vermeiden. In Richtung der Kontaktplatte 1 schließen jeweils Gruppen 19 von Peltier-Elementen 5 an eine zugeordnete Wärmeleitplatte 20 an, welche wie die Kontaktplatte 1 vorzugsweise aus Aluminium gebildet ist, wobei - anders als bei der Kontaktplatte 1 - eine schützende Oberflächenbeschichtung nicht notwendig bzw. zweckmäßig ist.
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Auch die Wärmeleitplatten 20 sind in einer Schicht 18c bzw. einer Platte aus Isoliermaterial angeordnet. Schließlich sind in der 3 auch noch unterhalb der Wärmeaustauschkörper 15 angeordnete Befestigungsstreben 21 dargestellt.
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Die Anordnung der montierten Teile ergibt sich aus der 4.
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Durch die Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 kann gegenüber einer herkömmlichen Kühl-/Heizvorrichtung mit Peltier-Elementen 5 der verfügbare Temperaturbereich in Richtung höherer Temperaturen dadurch erweitert werden, dass durch eine Erwärmung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf 6 der Arbeitspunkt der Peltier-Elemente 5 zu höheren Temperaturen verschoben wird. Mit üblichen Peltier-Elementen 5 ist eine Temperaturdifferenz von typischerweise 70 Kelvin möglich. Bei einem Heizbetrieb sind dann die von der Flüssigkeit durchströmten Wärmetauschkörper an der „kalten Seite“ der Peltier-Elemente 5 angeordnet. Wenn die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf 6 von der Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 beispielsweise auf 55 °C bis 60 °C erwärmt wird, so kann an der Kontaktplatte 1 eine Temperatur von bis zu 130 °C eingestellt werden.
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Es ergibt sich im Rahmen der Erfindung der Vorteil, dass als Flüssigkeit Wasser - gegebenenfalls mit üblichen Zusatzmitteln wie einen Korrosionsschutz - eingesetzt werden kann. Grundsätzlich können auch höhere Temperaturen unterhalb des Siedepunktes von Wasser in dem Flüssigkeitskreislauf eingestellt werden, wobei jedoch dann auch die thermische Belastung der weiteren Komponenten ansteigt.
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Die Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 ist bevorzugt unmittelbar vor dem Thermoelektrik-Modul 7, das heißt dem Zulauf 16 des Thermoelektrik-Moduls 7 angeordnet, wodurch sowohl thermische Verluste als auch die Belastung der weiteren Komponenten minimiert werden. Die Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 ist jedoch vorzugsweise außerhalb des Thermoelektrik-Moduls 7 als separate Baugruppe angeordnet. Die Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 umfasst eine ohmsche Heizung, die typischerweise eine maximale Leistung zwischen 50 W und 1.200 W, insbesondere zwischen 150 W und 700 W aufweist.
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Die Peltier-Elemente 5 weisen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zusammen eine maximale Leistung zwischen 100 W und 2,4 kW auf.
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Vorzugsweise kann bei einer Umgebungstemperatur von 23 °C und besonders bevorzugt auch bei Umgebungstemperaturen zwischen 10 °C und 32 °C die Temperatur an der Kontaktplatte 1 in die kontinuierlich oder in Schritten zwischen -15 °C und +120 °C, besonders bevorzugt bis +140 °C eingestellt werden, wobei für die Überwachung und Einstellung der Temperatur zumindest ein Temperaturfühler 22 vorgesehen ist.
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In einem Kühlbetrieb sind die Peltier-Elemente 5 in einem im ersten Betriebsmodus derart verschaltet, dass die Kontaktplatte 1 gegenüber den Wärmeaustauschkörpern 15 abgekühlt wird, wobei die von den Peltier-Elementen 5 erzeugte Abwärme durch das in den Flüssigkeitskreislauf 6 zirkulierende Wasser abtransportiert und von dem Wärmetauscher 11 an die Umgebungsluft abgegeben wird. Die Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 ist bei dem Kühlbetrieb nicht aktiv.
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Die Kühl-/Heizeinrichtung ermöglicht davon ausgehend auch einen ersten Heizbetrieb, bei dem die Peltier-Elemente 5 in einem zweiten Betriebsmodus derart verschaltet sind, dass die Kontaktplatte 1 gegenüber dem Wärmeaustauschkörpern 15 aufgewärmt wird und das Fluid in dem Flüssigkeitskreislauf 6 zirkuliert, wobei zumindest die Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 nicht aktiv ist. Ob der Wärmetauscher 11 aktiv oder nicht aktiv ist, kann gegebenenfalls in Abhängigkeit der Temperatur des Wassers in dem Ablauf 17 des Thermoelektrik-Moduls oder an dem Zulauf des Wärmetauschers 11 unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur entschieden werden.
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Schließlich ist im Rahmen der Erfindung auch ein zweiter Heizbetrieb möglich, bei dem dann zusätzlich zu dem ersten Heizbetrieb die erfindungsgemäße Flüssigkeitsheizeinrichtung 13 aktiv ist und das Wasser in dem Flüssigkeitskreislauf 6 erwärmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014109708 A1 [0007]
- DE 102010032483 A1 [0010]
- DE 3901913 A1 [0010]
- EP 1352600 B1 [0010]
- WO 2008/002652 A2 [0010]
- WO 2014/072693 A1 [0013]
- EP 1475583 A1 [0013]
- DE 102011102219 A1 [0013]
- DE 102012212043 A1 [0013]
- WO 2008/019805 A2 [0013]
- US 5941077 [0013]
- FR 2660057 [0013]
- DE 20019219 U1 [0013]
- DE 202005014162 U1 [0013]
- DE 10101028 C2 [0013]
