DE60002311T2

DE60002311T2 - Eismaschine

Info

Publication number: DE60002311T2
Application number: DE60002311T
Authority: DE
Inventors: Hou On Lo
Original assignee: FRONT DIRECTIONN IND Ltd; FRONT DIRECTIONN INDUSTRIAL Ltd TOKWAWAN
Current assignee: FRONT DIRECTIONN IND Ltd; FRONT DIRECTIONN INDUSTRIAL Ltd TOKWAWAN
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: US6298668B1; EP1166641A1; EP1166641B1; CN1329838A; DE60002311D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Speiseeismaschinen.
Speiseeismaschinen haben typischerweise Eis-/Salzmischungen oder herkömmliche auf Chlorfluorkohlenstoffen (CFC) beruhende Kühleinheiten verwendet, um die Kühlung bereitzustellen, die zum Gefrieren von Speiseeis erforderlich ist. Eis-/Salzmaschinen sind unsauber und erreichen selten die zum angemessenen Gefrieren von Speiseeis erforderlichen kalten Temperaturen. Auf CFC basierende Einheiten werden leicht sperrig und kostspielig. Auf CFC basierende Einheiten weisen häufig auch den Nachteil auf, daß sie umweltverschmutzende chemische Kühlmittel enthalten.
Allgemein ausgedrückt, sieht die Erfindung eine Speiseeismaschine unter Verwendung eines Halbleiterkühlers vor. Demgemäß ist die Erfindung in der Lage, einen Speiseeisbereiter mit einem kleinen Volumen und einer hohen Effizienz bereitzustellen, bei dem die Verwendung umweltverschmutzender Kühlmittel nicht erforderlich ist. Herkömmliche Speiseeismaschinen verwenden keinen Halbleiterkühler als Kühlquelle.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Speiseeismaschine ein dreiteiliges Kühlgehäuse, eine Kühlplatte, einen Wärmestrahler, einen Kühlbehälter, einen Motor und eine Rührwelle. Die Kühlplatte grenzt zum Erreichen einer maximalen Wärmeübertragung eng an den Boden des Kühlbehälters an. Der Wärmestrahler ist unterhalb der Kühlplatte angeordnet, um Wärme von der Kühleinheit zu entfernen. Die Rührwelle ist in dem Kühlbehälter angeordnet, um die Speiseeismischung während des Gefrierprozesses umzurühren. Der Motor treibt die Rührwelle an.
Bei der Kühlplatte wird eine pn-Übergangshalbleiter-Kühltechnologie verwendet, um einen kompakten, sehr effizienten Speiseeisbereiter, der keine umweltschädlichen CFCs enthält, bereitzustellen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Speiseeismaschine.
2 zeigt eine Schnittansicht durch die Speiseeismaschine aus 1 entlang einer Linie A-A.
3 zeigt eine Seitenansicht von außen der Speiseeismaschine aus 1.
4 zeigt eine Draufsicht von außen der Speiseeismaschine aus 1.
5 zeigt eine Bodenansicht von außen der Speiseeismaschine aus 1.
6 zeigt eine vordere Endansicht von außen der Speiseeismaschine aus 1.
7 zeigt ein schematisches Diagramm des in einem erfindungsgemäßen Speiseeisbereiter verwendeten Halbleiter-Kühlprinzips.
8 und 9 zeigen schematische Diagramme der Elektronenbewegung in einem erfindungsgemäßen Halbleiterkühler.
10 zeigt ein schematisches Diagramm eines Halbleiterkühlstapels, der zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Speiseeismaschine geeignet ist.
11 zeigt ein schematisches Diagramm der Wärmeabfuhr von dem Halbleiterkühlstapel aus 10.
12 zeigt eine perspektivische Vorderansicht der Speiseeismaschine aus 1.
Mit Bezug auf die 1–12, in denen gleiche Bezugszahlen ähnliche Teile bezeichnen, sei bemerkt, daß die Grundbestandteile einer Speiseeismaschine 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untere, hintere und obere Gehäuseschalen 14, 13, 12, einen Leistungsschalter 1, eine Kühlplatte 3, einen Wärmestrahler 5, einen Kühlbehälter 7, einen Motor 9 und eine Rührwelle 10 umfassen. Die Kühlplatte 3 ist unmittelbar unterhalb des Kühlbehälters 7 innerhalb der unteren Gehäuseschale 14 und in direktem Kontakt mit diesem angeordnet. Ein Kühllüfter 4 leitet einen Luftstrom über den Wärmestrahler 5 in dem unteren Teil der unteren Gehäuseschale 14. Der Leistungsschalter 1 ist an der oberen Gehäuseschale 12 angebracht.
Die Kühlplatte 3, der Motor 9 und der Kühllüfter 4 werden mit 12 V Gleichspannung von der Leistungsversorgung 2 versorgt. Die Leistungsversorgung 2 weist einen Gleichrichter und einen Transformator zum Umwandeln der Haushaltswechselspannung von 120 V oder 220 V in eine Gleichspannung von 12 V auf. Der Leistungsschalter 1 wird zum selektiven Anlegen der Haushaltsspannung an die Leistungsversorgung 2 verwendet. Der Motor und der Kühllüfter könnten alternativ durch die Haushalts-Wechselspannung versorgt werden.
Die Kühlplatte 3 ist mit einer thermisch leitfähigen Führungsvorrichtung 6 verbunden, die oberhalb des Kühlbehälters 7 positioniert ist und diesen wenigstens teilweise umgibt, wodurch effektiv ein den Kühlbehälter 7 umgebender Wärmeweg bereitgestellt wird. Der Kühlbehälter 7, die Kühlplatte 3 und die Führungsvorrichtung 6 sind von einem isolierenden Schaumkunststoffmaterial 8 umgeben, um die gekühlten Abschnitte der Speiseeismaschine gegenüber der Wärme der umgebenden Atmosphäre und der von anderen Komponenten innerhalb der Speiseeismaschine erzeugten Wärme zu isolieren.
Eine Speiseeismischung wird durch eine Öffnung 16 in den Kühlbehälter 7 gegossen. Der Motor 9 treibt die Rührwelle 10 an, um ein spiralförmiges Rührwerk 17 in Drehung zu versetzen, das innerhalb des Kühlbehälters 7 drehbar angebracht ist. Die Speiseeismischung wird gekühlt und vermengt, um Softeis zu bilden, das dann durch eine durch einen Kontrollstab gesteuerte Auslaßöffnung extrudiert werden kann.
Wenn der Leistungsschalter 1 eingeschaltet wird, wird die Haushaltsspannung an die Leistungsversorgung 2 angelegt, die der Kühlplatte 3, dem Motor 9 und dem Kühllüfter 4 eine 12-V-Gleichspannung zuführt. Es sei bemerkt, daß der Motor 9 und der Kühllüfter 4 alternativ direkt von der Haushaltsspannung gespeist werden könnten. Durch das Anlegen der 12-V-Gleichspannung an die Kühlplatte 3 wird eine Kühlfläche auf der Seite der Kühlplatte 3 erzeugt, die in Kontakt mit der Führungsvorrichtung 6 steht, und es wird eine Heißfläche auf der Seite der Kühlplatte 3 erzeugt, die in Kontakt mit dem Wärmestrahler 5 steht. Wärme wird durch die thermisch leitfähige Führungsvorrichtung 6 von dem Kühlbehälter 7 zu der Kühlplatte 3 geleitet. Innerhalb der Kühlplatte 3 wird Wärme durch Halbleiterkühlung von der Kühlfläche zu der Heißfläche verschoben. Die Wärme an der Heißfläche wird zu dem Wärmestrahler 5 geleitet und an die Luft abgegeben, die durch den Kühllüfter 4 zwangsweise über den Wärmestrahler geleitet wird.
Die Verwendung der Halbleiterkühlung ermöglicht die Herstellung eines sehr kompakten und tragbaren Speiseeisbereiters 100. In den 3–6 sind das Aussehen und die Größe einer Ausführungsform eines Speiseeisbereiters 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dargestellt ist, hat der Speiseeisbereiter 100 eine Form in der Art eines rechteckigen Kastens mit einer Höhe H von etwa 30 cm, einer Länge L von etwa 40 cm und einer Breite von etwa 28 cm.
Die Arbeitsprinzipien des in die Kühlplatte 3 aufgenommenen Halbleiterkühlers lassen sich am besten mit Bezug auf die 7–11 beschreiben. Die Halbleiterkühlung beruht auf dem Peltier-Effekt, also darauf, daß exotherme und endotherme Effekte auftreten, wenn ein Strom durch Übergänge zwischen unähnlichen Materialien fließt. 7 zeigt die einfachste Einheit eines Halbleiterkühlers, nämlich ein einziges pn-Halbleiter-Thermoelement. Ein pn-Halbleiter-Thermoelement weist vorzugsweise ein p-Halbleitermaterial (Bi₂Te₃-Sb₂Te₃) und ein n-Halbleitermaterial (Bi₂Te₃-Bi₂Te₃) auf. Der p- und der n-Halbleiter werden an einem Ende durch eine metallische Verbindung verbunden. Das entgegengesetzte Ende des p-Halbleitermaterials wird mit dem negativen Pol (–) der Gleichspannungsversorgung verbunden, und das n-Halbleitermaterial wird mit dem positiven Pol (+) der Gleichspannungsversorgung verbunden. Es, fließt ein Strom von dem n-Halbleitermaterial zu dem p-Halbleitermaterial, wodurch an der metallischen Verbindung ein endothermer Effekt bewirkt wird. Eine entsprechende exotherme Reaktion tritt an dem entgegengesetzten Ende des n- und des p-Halbleitermaterials auf.
9 zeigt, daß mehrere pn-Halbleiter-Thermoelemente verbunden werden können, um einen Kühler unter Verwendung des Peltier-Effekts zu bilden. Wie in 8 dargestellt ist, zwingt Energie in Form eines elektrischen Stroms Elektronen von dem p-Halbleiter dazu, mit Molekülen in dem n-Halbleiter zu kombinieren. Diese erzwungene Kombination ist eine exotherme Reaktion, die die Abgabe von Wärme bewirkt. 9 zeigt, daß der Stromfluß Elektronen dazu zwingt, sich von Molekülen in dem Halbleitermaterial zu trennen und von dem pn-Übergang fortzufließen. Diese Elektronenbewegung hat eine endotherme Wirkung. In der kumulativen Kombination übertragen diese Effekte Wärme von den oberen Verbindungen 20 in 10 zu den unteren Verbindungen 21. 11 zeigt, daß das exotherme Ende (die unteren Verbindungen 21) des pn-Halbleiterkühlers mit einem Wärmestrahler verbunden werden kann, um die vom endothermen Ende des Kühlers entfernte Wärme abzuführen.
Kühlplatten unterschiedlicher Kühlkapazität können gebildet werden, indem verschiedene Anzahlen von pn-Halbleiter-Thermoelementen elektrisch in Reihe geschaltet werden, wie in 9 dargestellt ist. Die exotherme Fläche der Kühlplatte kann luftgekühlt werden, wie dargestellt, oder sie kann wassergekühlt werden. Die größte Temperaturdifferenz zwischen der endothermen Fläche der Kühlplatte 3 und der umgebenden Atmosphäre beträgt vorzugsweise 75°C–78°C, so daß die endotherme Fläche der Kühlplatte –40°C erreichen kann, falls die Umgebungstemperatur 38°C beträgt.
Es ist natürlich zu verstehen, daß die exothermen und endothermen Reaktionen auch zum Konzentrieren von Wärme an einem bestimmten Ort verwendet werden können. Eine solche Wärmekonzentration kann beispielsweise zum Erwärmen oder Auftauen von Lebensmitteln verwendet werden. Es ist auch zu verstehen, daß das Umkehren des Stromflusses durch die Kühlplatte dazu führt, daß Wärme vom Wärmestrahler 5 auf die Führungsvorrichtung 6 übertragen wird.
Zusammenfassend sei bemerkt, daß eine Speiseeismaschine eine Kühlplatte 3, einen Wärmestrahler 5, einen Kühlbehälter 7, einen Motor 9 und eine Rührwelle 10 aufweist. Die Kühlplatte 3 weist. mehrere pn-Übergangshalbleiter-Kühler auf. Der Speiseeisbereiter umfaßt eine Leistungsversorgung 2 zum Zuführen einer 12-V-Gleichspannung zu den Halbleiterkühlern. Eine thermische Führungsvorrichtung 6 leitet Wärme von dem Kühlbehälter 7 zu der Kühlplatte 3.
Die Speiseeismaschine ist kompakt und für Haushaltsanwendungen geeignet und verwendet eine Halbleiterkühlung zum Erzeugen einer effizienten, kompakten und nicht verschmutzenden Einrichtung.

Claims

Speiseeismaschine mit: einem bevorzugt zylindrischen Kühlbehälter (7), einer Kühlplatte (3) zum Kühlen des Kühlbehälters (7), einem Wärmestrahler (5), einem Motor (9) und einer Rührwelle (10), die entlang einer Achse des Kühlbehälters (7) angeordnet ist und ein äußeres Ende und ein inneres Ende aufweist, wobei das äußere Ende mit dem Motor (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (3) ein Halbleiterkühlmittel zum Kühlen des Kühlbehälters (7) aufweist.
Speiseeismaschine nach Anspruch 1, die weiterhin einen Leistungsschalter (1) aufweist, der angeordnet ist, um selektiv dem Motor (9) Energie bzw. Leistung zuzuführen, und/oder eine untere Gehäuseschale (14), eine rückwärtige Gehäuseschale (13) und eine obere Gehäuseschale (12).
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kühlplatte (3) dicht an den Kühlbehälter (7) angrenzt und vorzugsweise unterhalb des Kühlbehälters (7) angeordnet ist, und/oder der Wärmestrahler (5) unter der Kühlplatte (3) angeordnet ist.
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Halbleiterkühlmittel eine Vielzahl von pn-Übergang-Halbleiter-Kühlungen aufweist.
Speiseeismaschine nach Anspruch 4, bei der die Halbleiterkühlungen mit einer 12 v Gleichspannung betrieben sind.
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Leistungsversorgung (2), die einen Gleichrichter und einen Transformator aufweist, wobei die Leistungsversorgung eine Eingangswechselleistung in eine Ausgangsgleichleistung von 12 V Gleichspannung umwandelt.
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Kühllüfter (4).
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer thermisch leitfähigen Führungsvorrichtung (6), die mit der Kühlplatte (3) verbunden ist, wobei die Führungsvorrichtung (6) ausgestaltet ist, um zumindest teilweise den Kühlbehälter (7) zu umgeben.
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Schaumkunststoffmaterial (8), das die Führungsvorrichtung (6) umgibt, um die Führungsvorrichtung und den Kühlbehälter (7) von der Umgebungswärme zu isolieren.
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Kontrollschiene bzw. einem Kontrollstab (11) zum Steuern bzw. Regeln des Speiseeisflusses.
Speiseeismaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Mittel zum Umkehren des Stromes durch das Halbleiterkühlmittel, um den Kühlbehälter (7) zu erwärmen.