DE1250457B

DE1250457B - Thermoelektrischer Stückeis-Bereiter

Info

Publication number: DE1250457B
Application number: DENDAT1250457D
Authority: DE
Inventors: York Pa. Alwin B. Newton (V. St. A.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1964-05-22
Publication date: 1967-09-21
Also published as: US3192726A; GB1069452A

Description

,i^

I Li::. -j. Tif

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND⁴ ^ Int. Cl.

DEUTSCHES

PATENTAMT Deutsche Kl.:

F 25 c

Nummer: 1250457

Aktenzeichen: B 81936 I a/17 b

Anmeldetag: 15. Mai 1965

Auslegetag: 21. September 1967

Die Erfindung betrifft einen Stückeis-Bereiter mit einer oder mehreren thermoelektrisch gekühlten Formen zur Aufnahme des zu gefrierenden Wassers, welche nach beendetem Gefriervorgang — z.B. thermostatisch gesteuert — zwecks Entleerung gekippt werden.

Die Fortschritte auf dem Gebiet der thermoelektrischen Materialien haben zu einer zunehmenden Verbreitung thermoelektrischer Zellen für Erwärmungs- oder Kühlzwecke geführt. Derartige thermo- ίο elektrische Vorrichtungen werden zur Zeit bei vielen Anwendungen eingesetzt, wo Zuverlässigkeit, Schwinguri'gs- und Stoßfestigkeit sowie kleine Abmessungen von Bedeutung sind. Darüber hinaus kann der Einsatz thermoelektrischer Geräte in vielen Fällen auch dann gerechtfertigt sein, wenn sich dadurch etwas höhere Kosten als bei der Verwendung herkömmlicher Heiz- oder Kühlvorrichtungen ergeben, weil die thermoelektrischen Zellen viele kostensparende Vorteile aufweisen, die mit üblichen Kühl- und Heiz-Vorrichtungen nicht erzielbar sind.

Bei Stückeis-Bereitern der eingangs angegebenen Art werden diese Vorteile der thermoelektrischen Kühlung ausgenutzt. Dabei kann eine gewisse Unbequemlichkeit dadurch auftreten, daß nach dem Kippen der Form einige oder alle Eisstücke nicht sofort herausfallen, sondern in der Form haften und sich erst nach Anwendung mechanischer Erschütterungen oder Ausschalten der Kühleinrichtung und genügend langem Abwarten aus der Form lösen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Unbequemlichkeiten zu vermeiden und einen Stückeis-Bereiter der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem die erzeugten Eisstücke sich sehr bald nach dem Kippen der Form mit Sicherheit selbsttätig aus der Form lösen.

Die gestellte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der ■ Kippvorgang eine Umkehrung der Stromrichtung durch die thermoelektrische Kühleinrichtung selbsttätig auslöst, wobei durch diese Stromrichtungsumkehr in an sich bekannter Weise eine erleichterte Ablösung der Eisstücke aus ihrer Form eintritt.

Es ist zwar bekannt, daß durch kurzzeitige Umkehrung der Stromrichtung das Ablösen der erzeugten Eisstücke in einem thermoelektrischen Eisbereiter erleichtert werden kann, doch ist die selbsttätige Anwendung dieser Maßnahme in Verbindung mit einem selbsttätig entleerenden Stückeis-Bereiter neu und besonders vorteilhaft, da sie die Leistungsfähigkeit des Stückeis-Bereiters beträchtlich erhöht und auch eine wesentliche Bedienungsvereinfachung ergibt.

Thermoelektrischer Stückeis-Bereiter

Anmelder:

Borg-Warner Corporation,

Chicago, JU. (V. St. A.) :

Vertreter: -

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg, Neuer Wall 41 \

Als Erfinder benannt: ■:,-.-

Alwin B. Newton, York, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
. V. St. v. Amerika vom 22. Mai 1964 (369 390) —

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können selbsttätige Einrichtungen vorgesehen sein, die bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur die Formen in ihrer Ausgangsstellung zurückstellen und sie nach Rückkehr in die Ausgangsstellung erneut mit Wasser füllen. Auf diese Weise ergibt sich ein automatisch und quasikontinuierlich arbeitender Stückeisbereiter.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei sei vorweg bemerkt, daß die Ausdrücke »thermoelektrische Zelle« oder »thermoelektrische Anordnung oder Einheit« sich hier auf Vorrichtungen beziehen, in denen der Peltier-Effekt zum Heizen oder Kühlen ausgenutzt wird. Da diese Einrichtungen in dem Sinn umkehrbar arbeiten, daß durch einfache Umkehr des Betriebsstromes die Wärme wahlweise an verschiedenen Seiten der Zelle zugeführt und abgeführt werden kann, wird im folgenden die eine Seite als Ausgangsseite und die entgegengesetzte Seite als Eingangsseite bezeichnet. Wenn die Vorrichtung zum Kühlen verwendet wird, wird Wärme von der Ausgangsseite zur Eingangsseite fließen und dort mit Hilfe eines Wärmeaustauschmediums, gewöhnlich Luft oder Wasser, abgeführt; wenn die Vorrichtung als Heizvorrichtung benutzt wird, wird Wärme von der Eingangsseite zur Ausgangsseite fließen. T

F i g. 1 ist eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Eisbereiters, bei der einige Bestandteile schematisch dargestellt sind; ·

709 648/41

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung der Schaltung für die Steuerung des Eisbereiters;

F i g. 3 ist eine Tabelle, die die Stellung oder den Zustand verschiedener Bestandteile der Steuerschaltung angibt.

In F i g. 1 bezeichnet der Buchstabe A die in einem Isoliergehäuse 10 angeordnete Kombination aus Gefrierschale und thermöelektrischer Anordnung. Diese Kombination enthält einen Formabschnitt 11 und

sein, um die Entnahme der Eiswürfel aus dem Gehäuse zu erleichtern.

Das Speisewassersystem, das jeweils bei der Einleitung eines neuen Gefriertaktes eine gesteuerte Wassermenge in die Formhöhlungen 13 einspeist, ist durch das Bezugszeichen B gekennzeichnet. Das Speisewassersystem enthält ein Reservoir in Form einer flachen Schale 40, die in dem Oberteil des Gehäuses 10 angeordnet ist, eine Speiseleitung 41 mit

einen thermoelektrischen Abschnitt 12. Bei einer io einem Magnetventil 42 und eine Uberlaufleitung 43 bevorzugten Ausführungsform kann der Form- mit einem oben offenen Ende, das unterhalb der abschnitt aus einem gegossenen Block aus Aluminium Oberkante der Schale 40 liegt. Für die Zufuhr von oder einem anderen wärmeleitenden Material be- Wasser zur Schale 40 vor der Einleitung des Gefrierstehen und mit einer Anzahl offener Höhlungen 13 taktes ist eine Wasserzufuhrleitung 46 vorgesehen, in versehen sein, in denen das Wasser zum Gefrieren 15 der ein von einer Zeitschaltvorrichtung gesteuertes gebracht wird. Der Formabschnitt ist durch ge- Magnetventil 47 angeordnet ist. Die Arbeitsweise der eignete Mittel an der Ausgangsseite des thermoelek- Ventile 42 und 47 Wird im einzelnen in Verbindung irischen Abschnittes 12 befestigt, so daß sich zwischen
diesen Teilen ein möglichst guter Wärmeübergang
ergibt.

Der thermoelektrische Abschnitt 12 ist mehr oder weniger in der üblichen Weise aufgebaut und enthält eine Anzahl von abwechselnd angeordneten Klötzen 14 aus P- und N-thermoelektrischem Material, die

mit der Arbeitsweise des Steuersystems beschrieben werden.

, Die Energie für den Betrieb der thermoelektrischen Einheit wird über Kontakte 50, 51 und 52 und 53 zugeführt, die auf einer Isolierhülse 54 befestigt und zusammen mit dem rechtsseitigen Lagerzapfen 21 drehbar sind. Die Kontakte 50 bis 53 sind auf der in bekannter Weise durch Leiter 15 in Reihe ge- 25 einen Seite über (nicht dargestellte) Leitungen mit schaltet sind. Der Abstand zwischen den Klötzen den Leitern 15 verbunden, die den Strom durch die wird üblicherweise mit einem Isoliermaterial 16, bei- thermoelektrische Einheit leiten, und stehen im Einspielsweise Kunststoffschaum, ausgefüllt. Die gegen- griff mit stationären Bürsten 55 und 56, die auf der überliegenden Seiten der Zellen-Unteranordnung sind Trägerlageranordnung 23 befestigt sind. Die Konmit Separatoren oder Zwischenlagen 17 versehen, die 30 takte sind so zusammengeschaltet, daß in der gejeweils aus einem Material bestehen, das gut wärme- , kippten Ausgabestellung der Formen die Richtung leitend, aber schlecht elektrisch leitend ist, so daß des durch die thermoelektrische Einheit fließenden kein Kurzschluß der Leiter 15 eintritt. Auf der Ein- Stromes entgegengesetzt zu der Stromrichtung ist, gangsseite der thermoelektrischen Anordnung sind die sich in der aufrechten Gefrierstellung, die in Mittel für die Zufuhr eines Wärmeaustauschmediums, 35 Fig. 1 dargestellt ist, ergibt. Dies wird noch aus der beispielsweise Wasser, vorgesehen, das zur Abfuhr folgenden Beschreibung des Steuersystems klar herder auf der heißen Seite der thermoelektrischen Zelle vorgehen.

abgegebenen Wärme dient, wenn die Vorrichtung In F i g. 2 ist die Schaltung für die Programmierung

sich im Gefriertakt befindet. Zu den für diesen Zweck und Steuerung der Arbeitsweise des Eisbereiters vorgesehenen Mitteln gehört ein Wärmeaustausch- 40 schematisch dargestellt Über Leitungen Ll, L2, die rohr 18, das an der Zwischenlage der Eingangsseite an eine 110-Volt-, 60-Hertz-Wechselstromquelle an-

in serpentinenförmiger Anordnung über die gesamte Fläche dieser Zwischenlage angeordnet ist.

Die gesamten Formen sind innerhalb des Gehäuses 10 auf hohlen Zapfen 20 und 21 um eine Stützachse drehbar gelagert. Die Zapfen 20 und 21 werden von Konsolen und Lageranordnungen 22 und 23 getragen. Das Wärmeaustauschmedium für das Wärmeaustauschrohr der Eingangsseite wird aus einer Wasser^

geschlossen sein können, wird die Einheit mit elektrischer Energie versorgt, In einer dieser beiden Leitungen ist der Hauptschalter Sl angeordnet, der zum Ein- und Ausschalten des Systems dient. An die Leitungen Ll und L 2 ist eine Gleichrichterschaltung für die Umwandlung des Wechselstromes in den für den Betrieb der thermoelektrischen Zellen erforderlichen Gleichstrom angeschlossen; diese

speiseleitung 24 über diese Lageranordnungen züge- 50 Gleichrichterschaltung ist mit P bezeichnet und in führt. In der Speiseleitung 24 kann ein Magnetventil bekannter Weise aufgebaut; sie erzeugt in geeigneter 25 vorgesehen sein, dessen Zweck weiter unten noch Weise einen Gleichstrom mit geringer Restwelligkeit erläutert wird. Das Wärmeaustauschmedium tritt für die Versorgung der thermoelektrischen Zelle, somit durch das linksseitige Lagerelement26 in den Bei der Beschreibung der Fig. 1 war bemerkt

Zapfen 20 ein und verläßt die Formen durch den 55 worden, daß einer der Zapfen, auf welchen die Zapfen 21 und ein Verbindungsrohr 27, das zu einem Formen gelagert sind, eine Hülse 54 trägt, auf der

eine Anzahl von Kontakten 50 bis 53 befestigt ist und mit zwei Bürsten 55 und 56 zusammenwirkt. Wie in der schematischen Darstellung zu sehen ist, trägt die Hülse 54 die Kontakte 50, 51, 52 und 53, die mit Bürsten 55 und 56 in Berührung treten können. Die Kontakte sind durch Leitungen 57 und_: 58 so miteinander verbunden, daß sich der zu den thermoelektrischen Zellen 12 fließende Strom umschalten

die Formen in der gekippten Abgabestellung befin- 65 läßt. Anders gesagt, wird die Stromrichtung (die den, liegen sie direkt über einem Vorratsbehälter 32, Polarität der angelegten Spannung) umgekehrt, wenn

Abfluß führt.

Die Formen sind so eingerichtet, daß sie mit Hilfe eines umsteuerbaren Elektromotors 30 aus ihrer aufrechten Gefrierlage, die in Fig. 1 dargestellt ist, in eine im wesentlichen um 180° gedrehte Abgabestellung gekippt werden können. Der Motor 30 ist mit den Formen durch eine Welle 31 verbunden, die sich durch das Lagerelement 26 erstreckt. Wenn sich

der in dem unteren Teil des Isoliergehäuses 10 angeordnet ist. Der Vorratsbehälter kann herausnehmbar

sich die Formen und die Hülse 54 aus der in F i g. 2 dargestellten Lage um 150 bis 180° drehen.

Der Elektromotor, der die Formen aus ihrer Gefrierstellung in die im wesentlichen umgekehrte Abgabestellung und zurück dreht, ist umsteuerbar und besitzt zwei Wicklungen Wl und W 2. Wenn die Wicklung Wl unter Strom gesetzt wird, dreht sich der Motor und dessen Abtriebswelle 31 in der einen Richtung, und wenn die Wicklung W 2 unter Strom gesetzt wird, drehen sich diese Teile in der entgegengesetzten Richtung. Die Welle 31 trägt zwei Nockenelemente Cl und C 2 (in F i g. 1 nicht dargestellt), die sich zusammen mit der Welle drehen und die Aufgabe haben, in einer weiter unten zu beschreibenden Weise wahlweise Schalter 52, 53, 54 und 55 zu betätigen.

Bei 56 ist ein temperaturgesteuerter Schalter dargestellt; dieser Schalter wird vom Thermostat T gesteuert, der in Nachbarschaft der Form oder an irgendeiner anderen Stelle, wo er die in der Form herrschende Temperatur genau erfassen kann, angeordnet ist. Der Thermostat T kann beispielsweise so eingestellt sein, daß er bei 1O⁰C öffnet und bei — 32 ⁰C schließt, um sicherzustellen, daß das Eis vollständig abgegeben wird bzw. das Wasser vollständig gefroren ist. Die erforderliche Einstellung des Thermostats kann je nach dem Einsatzort, den Abmessungen der Form usw. verschieden sein. Vom Schalter S 6 wird ein Relais R gesteuert, dessen Kontaktsatz 57 und 58 einen einpoligen Umschalter darstellen kann. Die Schaltkontakte 57 und 58 schalten wahlweise die Wicklungen Wl und W 2 ein und steuern so die Bewegung der Formen zwischen ihrer Gefrierstellung und ihrer Abgabestellung.

Um das Verständnis des Arbeitsablaufes zu erleichtern, sind in Fig. 3 die Stellungen oder Zustände der Schalter, Magnetspulen und anderen Elemente zusammengestellt. Dabei ist zu beachten, daß die die Ventile 25, 42 und 47 betreffenden Angäben bezüglich der Erregung oder Entregung der Magnetspulen für die Betätigung dieser Ventile gelten und sich nicht auf die Stellung der Ventilglieder beziehen. Anders ausgedrückt, bedeutet der Buchstabe X in bezug auf beispielsweise das Magnetventil 42, daß die Magnetspule dieses Ventils erregt und das Ventil offen ist. Wenn der Zustand mit O bezeichnet ist, bedeutet dies, daß die Magnetspule entregt und das Ventil geschlossen ist. In F i g. 2 sind die Schaltungskomponenten in dem Zustand dargestellt, der sich ergibt, nachdem die Formen in die Gefrierstellung zurückgekehrt und am Beginn der Gefrierphase des Arbeitszyklus mit Wasser gefüllt worden sind. Der Thermostat T, der bei etwa 10 ⁰C geöffnet hat, um die Abgabephase zu beenden, ist noch geöffnet, und das Relais R ist noch entregt, so daß der Schalter 57 geschlossen und der Schalter 58 offen ist. Da der Nocken C1 sich in einer Stellung befindet, in der der Schalter 53 offen ist, fließt kein Strom zur Wicklung W 2. Der thermoelektrischen Anordnung fließt Gleichstrom in der Kühlrichtung zu, so daß mit fortschreitendem Gefriervorgang die Temperatur in der Form langsam fällt, bis der Thermostat T bei etwa — 32 ⁰C den Schalter 56 schließt. Wenn der Thermostat Γ den Schalter 56 schließt, wird das Relais R über die Leitungen 60 und 61 erregt. Dadurch wird der Schalter 57 geöffnet und der Schalter 5 8 geschlossen, wie in gestrichelten Linien angedeutet ist, so daß die Wicklung Wl über die Leitungen 62, 63 und 64, den geschlossenen Schalter 54 und die Leitung 65 unter Strom gesetzt wird. Der Motor dreht dann die Formen aus der Gefrierlage in die umgekehrte Stellung. Wenn sich die Formen um 150 bis 180° gedreht haben, öffnet der Nocken C 2 den Schalter 54, so daß die Wicklung PFl abgeschaltet und die Drehung der Formen beendet wird. Unmittelbar nach Beginn der Drehung der Formen in die Abgabestellung wird durch die Bewegung des Nockens Cl der Schalter 53 geschlossen und der Schalter 52 geöffnet. Da 57 offen ist, kann die Wicklung W 2 nicht unter Strom gesetzt werden, doch werden durch die Öffnung des Schalters 52 beide Magnetventile 25 und 42 (zeitgesteuert) entregt und dadurch geschlossen.

Zu dem Zeitpunkt, an dem der Schalter 54 geöffnet wird, schließt C 2 den Schalter 55 und erregt das Magnetventil 47, so daß die Füllung des Reservoirs 40 beginnt. Das Magnetventil 47 ist nur so lange geöffnet, bis die Reservoirschale 40 gefüllt ist. Dieses Magnetventil ist so ausgebildet, daß es eine zeitliche Verzögerung mit automatischer Rückstellung aufweist. Bei Erregung bleibt dieses Ventil lange genug offen, um die Schale zu füllen; dann schließt es und stellt sich selbst zurück, so daß es bei erneuter Erregung diesen Vorgang wiederholen kann. Derartige Ventile sind im Handel erhältlich, so daß hier keine ausführliche Beschreibung dieses Ventils erforderlich ist. Bei geschlossenem Magnetventil 42 ist die Speiseleitung 41 gesperrt, während die Schale 40 gefüllt wird (dieser Füllvorgang wird durch das Schließen des Schalters 55 am Ende des Überganges von der Gefrier- zur Abgabephase eingeleitet). Wenn das Ventil 25 geschlossen ist, wird während der Eis-Abgabephase der Wasserdurchfluß durch die Rohrschlange 18 gesperrt. Das Ventil 25 stellt eine zusätzliehe Verbesserung dar und kann in vielen Anwendungsfällen weggelassen werden. Im übrigen versteht es sich in bezug auf die Mittel zur Kühlung der Eingangsseite der thermoelektrischen Anordnung, daß die Eingangsseite statt mit Wasser auch durch Luft oder ein anderes Wärmeaustauschmedium gekühlt werden kann. Bei der Kühlung durch Umgebungsluft können statt des Rohres 18 Kühlrippen oder andere Mittel zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf der Eingangsseite angeordnet sein, und es kann ein Ventilator oder eine andere Luftfördervorrichtung vorgesehen sein, um Luft über die Kühlrippen zu blasen. Das Magnetventil 25 kann dann durch einen Schalter für den Ventilatormotor ersetzt werden, so daß der Ventilator während des Gefriertaktes Wärme abführt und während des Abgabetaktes abgeschaltet ist.

Während des Eis-Abgabetaktes wird der elektrische Strom so zugeführt, daß die Ausgangsseite, d. h. die an der Form anliegende Seite, erwärmt wird, um die Entfernung der Eiswürfel aus der Form zu erleichtern. Wenn die Würfel sich von der Form lösen und in den Vorratsbehälter fallen, steigt die Temperatur der Form rasch an, so daß der Thermostat T (bei etwa 10 ⁰C) öffnet und das Relais R entregt.

Wenn das Relais R entregt wird, öffnet sich der Schalter 58, und der Schalter 57 schließt, so daß die Wicklung W 2 durch die Leitungen 62, 66 und 67, den geschlossenen Schalter 53 und die Leitung 68 unter Strom gesetzt wird.

Wenn der Motor die Formen in umgekehrter Richtung zurück in die Gefrierposition dreht, erreicht der Nocken C1 schließlich die Lage, in der er den Schalter 53 öffnet und dadurch die Wicklung W 2 ab-

schaltet und den Motor anhält. Gleichzeitig wird der Schalter 52 geschlossen, so daß die Magnetventile 25 und 42 betätigt werden. Dadurch beginnt der Zufluß von Wasser zur Wärmeaustauschschlange der Eingangsseite und die Einspeisung des Wassers aus der Schale 40 in die Höhlungen 13.

Claims

Patentansprüche:

1. Stückeis-Bereiter mit einer oder mehreren thermoelektrisch gekühlten Formen zur Aufnahme des zu gefrierenden Wassers, welche nach beendetem Gefriervorgang — z. B. thermostatisch gesteuert — zwecks Entleerung gekippt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

der Kippvorgang eine Umkehrung der Stromrichtung durch die thermoelektrische Kühleinrichtung (12) selbsttätig auslöst, wobei durch diese Stromrichtungsumkehr in an sich bekannter Weise eine erleichterte Ablösung der Eisstücke aus ihrer Form (13) eintritt.

2. Eisbereiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch selbsttätige Einrichtungen, die bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur die Formen (13) in ihrer Ausgangsstellung zurückstellen und sie nach Rückkehr in die Ausgangsstellung erneut mit Wasser füllen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 105 440.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 648/41 9.67 Bundesdruckerei Berlin