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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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a) Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen elektrischen Kühlschrank für eine häusliche oder geschäftliche
Verwendung und insbesondere einen thermoelektrischen Kühlschrank,
der eine Peltier-Vorrichtung verwendet.
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b) Beschreibung der verwandten
Technik
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Ein
herkömmlicher
elektrischer Kühlschrank
verwendet ein Kühlmittel
des Flon-Typs und
seine Kühleinheit
senkt durch die Verwendung der latenten Wärme bei der Verdampfung des
Kühlmittels
die Temperatur auf –20°C oder tiefer
ab, um die Luft im Kühlschrank
zu kühlen.
Demzufolge bildet der Wasserdampf, der in der Luft in der Kühleinheit
enthalten ist, Tau, der dann gefriert. Obwohl die Luft in der Nähe der Kühleinheit
eine relative Feuchtigkeit von fast 100% besitzt, ist ihre Feuchtigkeit
in einem inneren Bereich, in dem die Temperatur höher ist
als in der Kühleinheit,
z. B. etwa 3°C,
sehr gering. Eine geringere Feuchtigkeit ist für die Aufbewahrung von getrockneten
Lebensmitteln, Kuchen, Süßigkeiten,
Schokolade und dergleichen in einem Kühlschrank vorzuziehen. Bei
der Aufbewahrung von leicht verderblichen Lebensmitteln, Gemüse und dergleichen beschleunigt
jedoch eine geringe Feuchtigkeit die Verschlechterung der Frische,
so dass eine geringe Feuchtigkeit keine bevorzugte Lagerungsatmosphäre darstellt.
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Eine
Vielzahl von thermoelektrischen Kühlschränken, die Peltier-Vorrichtungen
verwenden, ist in der letzten Zeit vorgeschlagen worden. Sie besitzen
jedoch einen Nachteil. In einer Kühllagerbox, die eine Peltier-Vorrichtung
verwendet und eine Kapazität
von 10 bis 15 Litern besitzt, senkt sich z. B. die Innentemperatur auf –5°C oder tiefer
ab, wenn die Außentemperatur
im Winter oder dergleichen fällt.
Folglich wird die Feuchtigkeit im Innenraum so gering, dass die
Frische der leicht verderblichen Lebensmittel, von Gemüse oder
dergleichen geringer wird.
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Ein
thermoelektrischer Kühlschrank,
mit einem Wärmeleiter,
der an eine Peltier-Vorrichtung
angeschlossen ist, ist in WO 93/07426 erwähnt. Obwohl in diesem Kühlschrank
eine Leistungssteuereinheit vorgesehen ist, wird das Problem der
zu geringen Innentemperaturen in WO 93/07426 nicht erkannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den oben beschriebenen
Nachteil der herkömmlichen Technik
zu überwinden
und einen thermoelektrischen Kühlschrank
zu schaffen, der hervorragende Aufbewahrungseigenschaften ohne eine
wesentliche Qualitätsverschlechterung
von Nahrungsmitteln oder dergleichen aufweist.
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In
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein thermoelektrischer
Kühlschrank
geschaffen, der versehen ist mit:
einem Gehäuse, das aus einer wärmeisolierenden
Schicht ausgebildet ist;
einem Wärmeleiter, der in dem Gehäuse angeordnet
ist und mit einer wärmeleitenden
Oberfläche
versehen ist, die in dem Gehäuse
einem Lagerungsraum gegenüber
bzw. entgegengesetzt angeordnet ist;
einer Peltier-Vorrichtung,
die thermisch mit dem thermischen Leiter verbunden ist; einer Vorrichtungs-Energieversorgung,
um der Peltier-Vorrichtung elektrische Energie zuzuführen;
einem
inneren Gebläse,
um zu bewirken, dass Lust in den Lagerungsraum strömt;
einer
Gebläse-Energieversorgung,
um das innere Gebläse
mit Energie zu versorgen; und
einer Steuerungs- bzw. Regelungseinheit
zum Steuern bzw. Regeln einer Menge an elektrischer Energie, welche
dem inneren Gebläse
zugeführt
werden soll, gemäß einer
Menge an elektrischer Energie für
die Peltier-Vorrichtung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
die Anordnung der Steuerungseinheit, die die Menge an elektrischer
Energie für
das innere Gebläse
gemäß der Menge
an elektrischer Energie für
die Peltier-Vorrichtung steuert, wie oben erwähnt wurde, eine Steuerung auszuführen, um
die thermische Leitfähigkeit
an einer wärmeabsorbierenden
Seite zu vergrößern, wenn
eine große
elektrische Leistung an die Peltier-Vorrichtung geliefert wird,
um deren Wärmeabsorptionsfähigkeit
zu verbessern.
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Diese
Erfindung ermöglicht
deswegen, den Innenraum des Kühlschranks
zu kühlen,
während
der Wärmeleiter
auf einer Temperatur gehalten wird, die über der Gefriertemperatur von
Wasser liegt. Demzufolge kann der Innenraum immer bei einer großen Feuchtigkeit
gehalten werden, so dass die Frische von leicht ver derblichen Lebensmitteln,
Gemüse
und dergleichen für
eine lange Zeit aufrechterhalten werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Vorderansicht
einer temperaturgesteuerten Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Draufsicht der
temperaturgesteuerten Vorrichtung;
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3 ist eine Schnittansicht
der temperaturgesteuerten Vorrichtung;
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4 ist eine Draufsicht eines
Kühllagerfachs
und eines Teilgefrierfachs ist, die die temperaturgesteuerte Vorrichtung
bilden;
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5 eine teilweise vergrößerte perspektivische
Ansicht einer Kabel-/Schlauchaufnahme ist, die in der temperaturgesteuerten
Vorrichtung verwendet wird;
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6 eine vergrößerte Schnittansicht
einer Zirkulationsumhüllung
für ein
Wärmeübertragungsmedium
ist, die in der temperaturgesteuerten Vorrichtung verwendet wird;
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7 ein vereinfachter Blockschaltplan
zum Beschreiben der Feuchtigkeitssteuerung des Kühllagerfachs ist;
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8 ein vereinfachter Blockschaltplan
zum Beschreiben der Feuchtigkeitssteuerung des Kühllagerfachs gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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9 ein Ablaufplan zum Ausführen der
Feuchtigkeitssteuerung des Kühllagerfachs
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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10 ein Zeitablaufplan zum
Ausführen
der Feuchtigkeitssteuerung des Kühllagerfachs
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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11 ein Zeitablaufplan zum
Ausführen
der Feuchtigkeitssteuerung des Kühllagerfachs
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG UND BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
temperaturgesteuerte Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die 1 bis 7 beschrieben.
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Die
temperaturgesteuerte Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
ist unterteilt in ein Schnellgefrierfach 1, ein Auftaufach 2,
ein Kühllagerfach 3 und
ein Teilgefrierfach 4 unterteilt. Die Temperatur der Fächer 1 bis 4 wird
unabhängig
und einzeln gesteuert. Die Fächer 1 bis 4 sind
in zwei Ebenen gestapelt und in einen Kühltisch 5 eingebaut,
so dass sie vom feststehenden Typ sind.
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Das
Schnellgefrierfach 1 und das Auftaufach 2 können aus
dem Tisch 5 herausgezogen werden, um das Kochen zu vereinfachen,
wohingegen das Kühllagerfach 3 und
das Teilgefrierfach 4 in den Tisch 5 eingebaut
sind.
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Wie
in 3 dargestellt ist,
besitzt das Schnellgefrierfach 1 (das Auftaufach 2)
ein wärmeisolierendes Gehäuse 6 in
der Form eines nach oben offenen Kastens und eine wärmeisolierende
Abdeckung 7, die die Öffnung
beweglich verschließt.
Die wärmeisolierende
Abdeckung 7 ist an ihren gegenüberliegenden Enden mit Griffen 8 versehen
und ein Griff 9 ist an einer vorderen Wand des wärmeisolierenden
Gehäuses 6 angeordnet.
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Wie
außerdem
in 3 gezeigt ist, ist
ein behälterförmiger erster
thermischer Leiter 10, der z. B. aus Aluminium oder dergleichen
hergestellt ist, in dem wärmeisolierenden
Gehäuse 6 angeordnet.
An einer Rückseite
eines unteren Abschnitts des wärmeisolierenden
Gehäuses 6 ist
eine Peltier-Vorrichtung 12 mit kaskadenförmigem Aufbau über einem
zweiten thermischen Leiter 11, der z. B. aus Aluminium
oder dergleichen in Form mehrerer Blöcke hergestellt ist, angeordnet.
Ferner ist eine Zirkulationsumhüllung 13 für ein Wärmeübertragungsmedium
an einer Außenseite
des zweiten thermischen Leiters 11 angebracht. Versorgungsleitungen 14,
die an die Peltier-Vorrichtung 12 angeschlossen sind, und
Schläuche 15,
die an die Zirkulationsumhüllung 13 angeschlossen
sind, sind in einer lang gestreckten flexiblen Leitungs-/Schlauchaufnahme 16 enthalten (siehe 5) und sind an einer zweiten
Kühleinheit 17 angeschlossen
(siehe die 2 und 3).
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Wenn
das Gefrierfach 1 aus dem Kochtisch 1 herausgezogen
ist, wie in 3 gezeigt
ist, ist die Leitungs-/Schlauchaufnahme 16 in einer ausgestreckten
Form. Wenn das Gefrierfach 1 eingeschoben ist, befindet
sich die Leitungs-/Schlauchaufnahme 16 in einer gebogenen
Form hinter dem Gefrierfach 1, wie durch Linien aus Doppelpunkt
und Strich angegeben ist. Die Versorgungsleiungen 14 sind
an einen Energiezuführungs-Controller 18 angeschlossen,
der in der Nähe
der zweiten Kühleinheit 17 angeordnet
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
besitzen das Gefrierfach 1 und das Auftaufach 2 eine
kleinere Lagerkapazität
als das Kühllagerfach 3 und
das Teilgefrierfach 4, wobei die Schläuche 15 der beiden
Fächer 1, 2 lediglich
an eine Kühleinheit,
d. h. die zweite Kühleinheit 17 angeschlossen
sind. Jedes Fach ist jedoch mit seinem eigenen Energieversorgungs-Controller 18 versehen.
Die Versorgungsleitung 14, die an das Gefrierfach 1 angeschlossen
ist, ist an den Gefrier-Energieversorgungs-Controller 18 angeschlossen,
während
die Versorgungsleitung 14, die an das Auftaufach 2 angeschlossen
ist, an einen (nicht gezeigten) Auftau-Energieversorgungs-Controller
angeschlossen ist.
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6 veranschaulicht im Einzelnen
den Aufbau der Zirkulationsumhüllung 13 für das Wärmeübertragungsmedium.
Diese Zirkulationsumhüllung 13 besitzt
eine plattenförmige
Wärmeaustauschbasis 21,
die mit einer Kühlseite
der Peltier-Vorrichtung 12 verbunden ist. Von einem Umfangsabschnitt
der Wärmeaustauschbasis 21 erstreckt
sich ein erster Rahmen 22 zum zweiten thermischen Leiter 11.
Der erste Rahmen 22 ist eine hohle Form, die an ihrem oberen
und am unteren Abschnitt offen ist, besitzt einen Endabschnitt 23 der
Basis und einen lang gestreckten Abschnitt 22, der sich
von dem Endabschnitt 23 der Basis nach oben erstreckt,
und besitzt einen im Wesentlichen stufenförmigen Querschnitt. Der Endabschnitt 23 der
Basis ist flüssigkeitsdicht mit
einem Umfangsabschnitt einer oberen Oberfläche der Wärmeaustauschbasis 21 verbunden,
wobei z. B. ein Klebstoff oder ein O-Ring und Klebstoff in Kombination
verwendet werden.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt ist, befindet sich der lang gestreckte
Abschnitt 24 parallel zu einer Umfangswand des zweiten
thermischen Leiters 11 und ist dieser gegenüberliegend,
wobei ein Klebstoff 25 dazwischen gegossen ist, so dass
der zweite Leiter 11 und der erste Rahmen 22 einteilig
miteinander verbunden sind.
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Mehrere
Passstifte 82 erstrecken sich über die Umfangswand des zweiten
thermischen Leiters 11 und den lang gestreckten Abschnitt 24,
um eine relative Positionsverschiebung zwischen dem zweiten thermischen Leiter 11 und
dem ersten Rahmen 22 zu verhindern, bevor der Klebstoff 25 vollständig aushärtet. Der
lang gestreckte Abschnitt 24, ist an seiner Außenseite
mit mehreren (in dieser Ausführungsform
vier) Verstärkungsrippen 27 versehen,
die sich zum Endabschnitt 23 der Basis erstrecken, wodurch
ermöglicht
wird, dass der Rahmen 22 starr bleibt.
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Die
stufenförmige
oder mit anderen Worten nicht lineare Konfiguration zwischen dem
Endabschnitt 23 der Basis und dem lang gestreckten Abschnitt 24 schafft
mit Sicherheit eine längere
Kriechstrecke von dem zweiten thermischen Leiter 11 des
ersten Rahmens 22 zu der Wärmeaustauschbasis 21,
wodurch die Wärmemenge
verringert wird, die durch den ersten Rahmen 22 zurückgeleitet
wird.
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An
einem Umfangsabschnitt einer unteren Seite der Wärmeaustauschbasis 21 ist
ein zweiter Rahmen 28 mit einer hohlen Form, die an ihrem
unteren Abschnitt im Wesentlichen geschlossen ist, an ihrem oberen Abschnitt
jedoch offen ist, flüssigkeitsdicht
angeklebt, wobei ein O-Ring 29 dazwischen angeordnet ist.
Der zweite Rahmen 28 ist an seinem näherungsweise mittleren Abschnitt
mit einem Zufuhrrohr 30 und nahe an seinem Umfangsrand
mit einem Ableitungsrohr 31 versehen.
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Ein
Verteilungselement 32, das in dem Hohlraum des zweiten
Rahmens 28 angeordnet ist, ist mit einer Umfangswand 33,
einer oberen Wand 34, die in der Fortsetzung einer oberen
Kante der Umfangswand 33 angeordnet ist, und mehreren Düsenabschnitten 35,
die sich von der oberen Wand 34 zu der Wärmeaustauschbasis 21 erstrecken,
versehen. Durch die Düsenabschnitte 35 sind
jeweils Sprühdüsen 36 ausgebildet.
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Durch
das Befestigen des Verteilungselements 32 in dem zweiten
Rahmen ist ein flach gestreckter erster Raum 37 an einer
Seite des Zufuhrrohrs 30 relativ zu dem Verteilungselement 32 ausgebildet
und ein flach gestreckter zweiter Raum 38 ist an einer
Seite der Wärmeaustauschbasis 21 relativ
zu dem Verteilungselement 32 ausgebildet. Ferner ist ein
Ableitungskanal 39 ausgebildet, der den zweiten Raum 38 mit
dem Ableitungsrohr 31 verbindet.
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Wie
in der Zeichnung dargestellt ist, wird dann, wenn als Wärmeübertragungsmedium 40 gereinigtes Wasser
verwendet wird, Gefrierschutzmittel oder dergleichen (wobei in dieser
Ausführungsform
gereinigtes Wasser verwendet wird) durch das zentrale Zufuhrrohr 30 geliefert,
es verteilt sich sofort in den ersten Raum 37 und wird
aus den einzelnen Düsenabschnitten 35 (Sprühdüsen 36)
zur unteren Seite der Wärmeaustauschbasis 21 in
einer im Wesentlichen senkrechten Richtung kräftig ausgestoßen. Das
Wärmeübertragungsmedium 40 trifft
auf die Wärmeaustauschbasis 21 und
absorbiert von dieser Wärme.
Es verteilt sich dann in dem schmalen zweiten Raum 38 und
strömt
durch den Ableitungskanal und das Ableitungsrohr 31 aus
dem System. Das in dieser Weise abgeleitete Wärmeübertragungsmedium 40 strömt durch
die Schläuche 15,
die in 15 gezeigt sind. Es wird dann
in einem (nicht gezeigten) Kühler,
der in der zweiten Kühleinheit 17 angeordnet
ist, die in 3 dargestellt
ist, einer Zwangskühlung
unterzogen und wird anschließend
durch eine nicht gezeigte Pumpe wieder an die Zirkulationsumhüllung 13 geliefert.
In 6 gibt das Bezugszeichen 41 eine wärmeisolierende
Materialschicht an, die um die Zirkulationsumhüllung 13 für das Wärmeübertragungsmedium
eingebracht ist.
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Das
Kühllagerfach 3 (das
Teilgefrierfach 4) besitzt ein wärmeisolierendes Gehäuse 51 in
der Form eines Kastens, der über
eine vordere Wand geöffnet
ist. Eine wärmeisolierende
Tür 52 ist
angeordnet, um die Öffnung
in der Vorderwand beweglich zu verschließen. In engem Kontakt mit einer
inneren Wand des wärmeisolierenden
Gehäuses 51 ist
ein behälterförmiger erster
thermischer Leiter 48 angeordnet. Ein blockförmiger zweiter
thermischer Leiter 54 ist an einer Rückseite eines im Wesentlichen
mittleren Teils eines Wandabschnitts des ersten thermischen Leiters 53 angeordnet,
wobei der Wandabschnitt der Öffnung,
mit anderen Worten, einem Abschnitt der Stirnwand des ersten thermischen
Leiters 53 gegenüberliegend
angeordnet ist. An einer Rückseite
des zweiten thermischen Leiters 54 ist eine Zirkulationsumhüllung 5 für das Wärmeübertragungsmedium über eine
Peltier-Vorrichtung 55 mit dem kaskadenförmigen Aufbau
angeordnet.
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Der
Aufbau und die Funktionsweise der Zirkulationsumhüllung 56 für das Wärmeübertragungsmedium sind
jenen ähnlich,
die oben unter Bezugnahme auf 6 beschrieben
wurden und ihre Beschreibung ist deswegen an dieser Stelle weggelassen.
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Um
zu bewirken, dass Innenluft A (siehe 3 und 4), die in dem Kühllagerfach 3 vorhanden
ist, längs
einer oberen Umfangswand 53a des ersten thermischen Leiters 53 strömt, um auf
eine Stirnwand 53b aufzutreffen, in der die Peltier- Vorrichtung 55 angeordnet
ist, und um anschließend
längs der
Stirnwand 53b nach unten zu strömen, wie durch Pfeile angegeben
ist, ist die obere Umfangswand 53a an ihrer Innenseite mit
einem Innengebläse 57 und
mehreren wärmeabsorbierenden
Kühlrippen 58 versehen,
die Führungsnute aufweisen,
die sich zueinander parallel erstrecken. Außerdem sind die obere Umfangswand 53a und
die Stirnwand 53b etwas dicker als die restlichen Wände des
ersten thermischen Leiters 53.
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Auf
Grund dieser Funktionen des Innengebläses 57 und der wärmeabsorbierenden
Kühlrippen 58,
die mit den Führungsnuten
versehen sind, wird eine hohe Kühlwirkung
erreicht, wenn bewirkt wird, dass die Innenluft A von der oberen
Umfangswand 53a und längs
einer Oberfläche
der Stirnwand 53b strömt.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden das Schnellgefrierfach 1 und die Auftaufächer 2 lediglich
verwendet, um benötigte
Artikel zu gefrieren bzw. aufzutauen, und die Kapazitäten der
beiden Fächer 1, 2 sind
mit z. B. jeweils etwa 7 Litern verhältnismäßig klein. Das Kühllagerfach 3 und
das Teilgefrierfach 4 werden dagegen zur Aufbewahrung verwendet,
so dass die Kapazitäten
der beiden Fächer
mit z. B. jeweils etwa 30 Litern verhältnismäßig groß sind. Da die Kapazitäten der
beiden Fächer 3, 4 groß sind und
eine genaue Steuerung ihrer Innentemperaturen erforderlich ist,
um die Qualität
der aufbewahrten Lebensmittel und dergleichen konstant zu halten,
sind das Kühllagerfach 3 und
das Teilgefrierfach 4 mit ihren eigenen Kühleinheiten,
und zwar mit der ersten Kühleinheit 59 bzw.
mit der dritten Kühleinheit 60 versehen,
um äußere Störungen so
weit wie möglich zu
verringern.
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Wie
in 7 dargestellt ist,
wird die Peltier-Vorrichtung 55 durch elektrische Energie
angetrieben, die von einer Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert
wird, während
das Innengebläse
durch elektrische Energie angetrieben wird, die von einer Gebläse-Energieversorgung 62 geliefert
wird. Diese Vorrichtungs-Energieversorgung 61 und
diese Gebläse-Energieversorgung 62 werden
durch Signale von einer Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 63 gesteuert.
Ferner ist der erste thermische Leiter an seiner Oberfläche in der
Nähe einer Position,
wo die Peltier-Vorrichtung 55 angeordnet ist, mit einem
Temperatursensor 64 versehen. Erfassungssignale von dem
Temperatursensor werden in die Steuerungseinheit 63 eingegeben.
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Wenn
die wärmeisolierende
Tür 52 des
Kühllagerfachs 3 geöffnet ist
oder ein Artikel, der gekühlt
werden soll, wie etwa Lebensmittel, in das Kühllagerfach gelegt wird, steigt
die Innentemperatur rasch an. Dieser Temperaturanstieg wird durch
den Temperatursensor 64 erfasst und anhand eines Erfassungssignals
von dem Temperatursensor liefert die Steuerungseinheit 63 eine
große
Menge elektrischer Energie mittels der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 an
die Peltier-Vorrichtung 55.
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Folglich
sinkt die Temperatur des ersten thermischen Leiters 53 insbesondere
in der Nähe
der Position, wo die Peltier-Vorrichtung 55 angeordnet
ist. Der erste thermische Leiter beginnt somit, sich auf eine Temperatur,
bei der Wasser gefriert oder darunter, abzukühlen. Während die Erfassungssignale
von dem Temperatursensor 64 überwacht werden, wird dementsprechend
zu einem Zeitpunkt, kurz bevor die Temperatur des ersten thermischen
Leiters auf die Gefriertemperatur von Wasser absinkt, die elektrische
Energie an das Innengebläse 57 vergrößert. Folglich
erhöht
sich die lineare Geschwindigkeit der Innenluft A, was zu einer größeren Wärmeleitfähigkeit
an dem ersten thermischen Leiter 53 führt. Das Gefrieren des Wassers
an der Oberfläche
des ersten thermischen Leiters 53 wird dadurch vermieden,
wodurch es möglich
ist, die Innenfeuchtigkeit auf einem hohen Wert zu halten.
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Dabei
kann die schnelle Drehung des Innengebläses 57 entweder durchgängig oder
intermittierend erfolgen. Die Drehung des Innengebläses bei
einer hohen Drehzahl während
einer unzulässig
langen Zeitdauer kann jedoch eine Verschwendung elektrischer Energie
zur Folge haben und außerdem
nachteilige Auswirkungen auf die Lagerung von Gemüse oder
dergleichen haben. Es ist deswegen erforderlich, eine solchen Steuerungsmodus
einzustellen, dass die Zeitdauer der schnellen Drehung des Innengebläses auf
ein solches Maß begrenzt
wird, dass die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit auf gewünschten
Werten gehalten wird und der Nominalbetrieb dann wieder ausgeführt werden
kann.
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Das
folgende spezielle Beispiel kann erwähnt werden.
Innenraumkapazität: | 30
Liter |
Wärmeisolierendes
Material: | Geschäumtes Zweikomponenten-Harz
des Typs Nicht-Flon, Dicke: 80 mm |
Peltier-Vorrichtung: | 142
Halbleiterchips werden verwendet. Jeder |
| Chip
besitzt eine quadratische Form mit der Seitenlänge 1,4 mm. Zweistufiger Aufbau.
Sechs Gruppen sind montiert. |
Wärmeabsorbierendes
System: | Ein
erster thermischer Leiter, der aus Aluminium hergestellt ist, ist
mit einem Innengebläse
und Kühlrippen
versehen. Spannung für
das Innengebläse:
6 bis 12 Volt (Nennspannung: 6 Volt) |
Kühlsystem: | Umlauftyp,
der gereinigtes Wasser als Wärmeübertragungsmedium
verwendet. Die endgültige
Kühlung erfolgt
durch die Ableitung der Wärme
durch einen Kühler
ins Freie. |
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Eine
vorgegebene Menge von Gemüse
wurde in das Kühllagerfach
gelegt, eine elektrische Leistung von 25 W wurde an die Peltier-Vorrichtung
geliefert und die Nennspannung von 6 V wurde an das Innengebläse angelegt,
um eine sanfte Strömung
der Innenluft zu bewirken. Zu diesem Zeitpunkt betrug die durchschnittliche
Innentemperatur (ein Mittelwert von Temperaturen, die an 10 Stellen
gemessen wurden) 3,5°C,
die Oberflächentemperatur
des ersten thermischen Leiters in der Nähe der Peltier-Vorrichtung
betrug 1,0°C
und die relative Feuchtigkeit des Innenraums (RH) betrug 80%. Das
Kühllagerfach
befand sich somit unter Bedingungen, die für die gekühlte Lagerung von Gemüse geeignet
sind.
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Durch
wiederholtes fünfmaliges Öffnen und
Schließen
der wärmeisolierenden
Tür bei
dem oben genannten Zustand wurde ein Ansteigen der durchschnittlichen
Innentemperatur auf 15°C
bewirkt. Die an die Peltier-Vorrichtung gelieferte elektrische Leistung
wurde dann auf 100 W gesteigert (Steigerung: 400%), um die Innentemperatur
zu senken. Als das Innengebläse
betrieben wurde, während
die Nennspannung aufrechterhalten wurde (wie in der herkömmlichen
Technik), sank die durchschnittliche Innentemperatur während einer Zeitspanne
von 20 Minuten nach dem Öffnen
und Schließen
der Tür
auf 3,5°C.
Die Oberflächentemperatur
des ersten thermischen Leiters betrug jedoch in der Nähe der Peltier-Vorrichtung
1,0°C und
es wurde eine dünne Schicht
aus Eis auf der Oberfläche
des ersten thermischen Leiters ausgebildet. Die relative Luftfeuchtigkeit (RH)
des Innenraums war an einer Stelle, entfernt vom ersten thermischen
Leiter, auf 50% gesunken. Das Kühllagerfach
befand sich deswegen unter Feuchtigkeitsbedingungen, die für die gekühlte Lagerung
des Gemüses
nicht geeignet sind.
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Wenn
die elektrische Energie, die an die Peltier-Vorrichtung geliefert
wird, in der oben beschriebenen Weise vergrößert wurde und die Spannung,
die an dem Innengebläse
angelegt wird, von 6 V auf 12 V (wie in der vorliegenden Erfindung)
vergrößert wurde,
wurde einerseits die lineare Geschwindigkeit der Innenluft größer und
die Innenluft traf auf den ersten thermischen Leiter auf, derart,
dass sich die thermische Leitfähigkeit auf
der wärmeabsorbierenden
Seite vergrößerte. Im
Ergebnis sank die mittlere Innentemperatur und die Oberflächentemperatur
des ersten thermischen Leiters in der Nähe der Peltier-Vorrichtung
in einer Zeitspanne von 12 Minuten nach dem Öffnen und Schließen der
Tür auf
3,5°C bzw.
0,5°C. Die
relative Luftfeuchte (RH) des Innenraums betrug jedoch 80%, so dass
die Bedingungen, die für
die gekühlte
Lagerung von Gemüse
geeignet sind, erfolgreich aufrechterhalten wurden.
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Der
thermoelektrische Kühlschrank
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 beschrieben.
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Wie
in 8 dargestellt ist,
ist ein erster Temperatursensor 64a an einer Oberfläche eines
ersten thermischen Leiters 53 in der Nähe einer Position, wo die Peltier-Vorrichtung 55 angebracht
ist, angeordnet (ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform),
ein zweiter Temperatursensor 64b ist an einer inneren Position
entfernt vom ersten Temperatursensor 64a (bei dieser Ausführungsform
in der Nähe
der wärmeisolierenden
Tür 52)
angeordnet und Erfassungssignale des ersten Temperatursensors 64a und
des zweiten Temperatursensors 64b werden in eine Steuerungseinheit 63 eingegeben.
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In
der Steuerungseinheit 63 sind eine erste Schwellenwerttemperatur
für Erfassungssignale
des ersten Temperatursensors 64a und eine zweite Schwellenwerttemperatur
für Erfassungssignale
des zweiten Temperatursensors 64b zuvor auf 0°C bzw. 2°C eingestellt
worden. Die Steuerungseinheit 63 ist ferner so beschaffen,
dass die elektrische Leistung, die an die Peltier-Vorrichtung geliefert
werden soll, an einer Vorrichtungs-Energieversorgung 61 zwischen
25 W und 100 W umgeschaltet werden kann und eine Spannung, die an
ein Innengebläse
angelegt werden soll, an einer Gebläse-Energieversorgung 62 zwischen
6 V und 12 V umgeschaltet werden kann.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung der Steuerung der Luftfeuchtigkeit.
Wie in 9 dargestellt
ist, bestimmt die Steuerungseinheit 63 im Schritt 1 (wobei
Schritt nachfolgend mit "S" abgekürzt wird),
ob eine erste Erfassungstemperatur T1, die am ersten Temperatursensor 64a erfasst
wurde, nicht höher
als 0°C
ist. Wenn ermittelt wird, dass T1 bereits auf 0°C gesunken ist, geht die Routine
zu S2 und die elektrische Leistung, die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert
wird, wird auf hohem Pegel und zwar auf 100 W, gehalten, um das
Kühlen
des Innenraums des Kühllagerfachs
zu unterstützen.
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Die
Routine kehrt wiederum zu einer Stufe zurück, die S1 vorhergeht. Wenn
ermittelt wird, dass T1 höher
als 0°C
ist, wird die elektrische Leistung, die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert
wird, in S5 auf 25 W gesenkt, um die Innenraumtemperatur auf der
ersten Schwellenwerttemperatur zu halten, und die Routine geht dann
zu S3. Wenn in S3 ermittelt wird, dass T2 nicht größer als
2°C ist,
wird die Spannung, die von der Gebläse-Energieversorgung 62 angelegt
wird, in S6 auf 6 V gesenkt, um die Strömung der Innenluft schwächer zu
machen. Eine Wiederholung dieser Routine ermöglicht, die relative Luftfeuchtigkeit
(RH) des gesamten Innenraums auf einem Pegel von 80% zu halten und
somit im Innenraum Bedingungen aufrechtzuerhalten, die für die gekühlte Lagerung
von Gemüse
geeignet sind.
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Dabei
werden das Umschalten der elektrischen Leistung von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 und
das Umschalten der Spannung, die von der Gebläse-Energieversorgung 62 angelegt
wird, durch die Steuerungseinheit 63 ausgeführt.
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Der
Ablaufplan von 10 veranschaulicht
den Zustand von Veränderungen
der Innenraumtemperatur, die Art und Weise des Umschaltens der elektrischen
Leistung, die an die Pettier-Vorrichtung geliefert wird, und die
Art und Weise des Umschaltens der Spannung, die an das Innengebläse angelegt
wird, für
die Steuerung der Luftfeuchtigkeit des Innenraums des Kühllagerfachs.
In dem Ablaufplan repräsentiert
T1 erste Erfassungstemperaturen, die durch den ersten Temperatursensor 64a erfasst
werden, und T2 repräsentiert
zweite Erfassungstemperaturen, die durch den zweiten Temperatursensor 64b erfasst
werden.
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Die
Abszisse des Ablaufplans gibt die vergangene Zeit an. Im Ablaufplan
bezeichnet t1 einen Zeitpunkt, an dem die erste Erfassungstemperatur
auf die erste Schwellenwerttemperatur, d. h. 0°C gefallen ist und die an die
Pettier-Vorrichtung gelieferte elektrische Leistung von 100 W auf
25 W umgeschaltet wurde, und t2 bezeichnet einen Zeitpunkt, an dem
die zweite Erfassungstemperatur T2 auf die zweite Schwellenwerttemperatur,
d. h. 2°C
gefallen ist und die an das Innengebläse angelegte Spannung von 12
V auf 6 V umgeschaltet wurde. Die Peltier-Vorrichtung und das Innengebläse werden
voll angesteuert, bis die erste Erfassungstemperatur T1 und die
zweite Erfassungstemperatur T2 auf ihre entsprechenden Schwellenwerttemperaturen
fallen.
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t3
bezeichnet einen Zeitpunkt, an dem die wärmeisolierende Tür des Kühllagerfachs
anschließend
geöffnet
wird. Als Ergebnis dieser Türöffnung steigen
die erste Erfassungstemperatur T1 und die zweite Erfassungstemperatur
T2 an und insbesondere die zweite Erfassungstemperatur T2 in der
Nähe der
wärmeisolierenden
Tür steigt
rasch an. Bei der Erfassung dieses Temperaturanstiegs werden die
Peltier-Vorrichtung und das Innengebläse voll angesteuert, um die
Innentemperatur sofort abzusenken. Ferner bezeichnet t4 einen Zeitpunkt,
an dem die erste Erfassungstemperatur T1 anschließend wieder
auf 0°C
gefallen ist, und t5 bezeichnet einen Zeitpunkt, an dem die zweite
Erfassungstemperatur anschließend
wieder auf 2°C
gefallen ist.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wurde für
jeden Temperatursensor eine Schwellenwerttemperatur eingestellt
und wenn die Schwellenwerttemperaturen erreicht wurden, wurde die
gelieferte elektrische Leistung und die angelegte Spannung jeweils
zwischen zwei Stufen umgeschaltet, z. B. von 100 W auf 25 W bzw.
von 12 V auf 6 V. Die gelieferte elektrische Leistung und die angelegte
Spannung können
jedoch über
mehrere Stufen oder stufenlos um eine Soll-Temperatur der Steuerung geändert werden
(z. B. in einem Bereich von 1 bis 0°C bei der ersten Schwellenwerttemperatur
oder in einem Bereich von 3 bis 1°C
bei der zweiten Schwellenwerttemperatur).
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Unter
Bezugnahme auf den Ablaufplan von 11 wird
nachfolgend die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
ist der ungefähre
Aufbau zur Temperatursteuerung ähnlich
dem in 7 dargestellten
Aufbau und ist mit einer Vorrichtungs-Energieversorgung 61,
einer Gebläse-Energieversorgung 62,
einer Steuerungseinheit 63 und einem einzigen Temperatursensor 64 versehen.
In der Steuerungseinheit 63 wurden 0,5°C und 0°C als ein erster Schwellenwert
bzw. als ein zweiter Schwellenwert eingestellt (wobei gilt erster
Schwellenwert > zweiter
Schwellenwert). Ferner ist die Steuerungseinheit 63 so
beschaffen, dass die an die Peltier-Vorrichtung zu liefernde Leistung
zwischen 25 W und 100 W und eine an das Innengebläse 57 anzulegende
Spannung zwischen 6 V und 12 V umgeschaltet werden können.
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Bis
die Erfassungstemperatur T des Temperatursensors 64 auf
0,5°C fällt, ist
die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 zu liefernde
elektrische Leistung auf 100 W eingestellt, um eine thermoelektrische
Kühlung
auszuführen,
und die von der Gebläse-Energieversorgung 62 anzulegende
Spannung wird auf 12 V gehalten, wodurch eine Kühlung des gesamten Innenraums
unterstützt
wird.
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An
dem Zeitpunkt t1, wenn die Erfassungstemperatur T des Temperatursensors 64 auf
den ersten Schwellenwert 0,5°C
gefallen ist, wird die von der Gebläse-Energieversorgung 62 angelegte
Spannung von 12 V auf 6 V gesenkt, während die Leistung, die von
der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert wird, auf 100
W gehalten wird. Wenn die Erfassungstemperatur T auf den zweiten
Schwellenwert, d. h. 0°C
fällt (t2), wird
die elektrische Leistung, die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert
wird, von 100 W auf 25 W umgeschaltet, während die Spannung, die von
der Gebläse-Energieversorgung 62 angelegt
wird, auf 6 V gehalten wird.
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t3
bezeichnet einen Zeitpunkt, an dem dann als ein Ergebnis der Verringerung
der Leistung, die an die Pettier-Vorrichtung geliefert wird, die
Innentemperatur angestiegen ist und die Erfassungstemperatur von 0,5°C überstiegen
hat. Zu diesem Zeitpunkt werden die Pettier-Vorrichtung und das
Innengebläse
voll angesteuert (elektrische Leistung, die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert
wird: 100 W, Spannung, die von der Gebläse-Energieversorgung 62 angelegt
wird: 12 V), um die Innentemperatur sofort zu senken. Wenn die Innentemperatur
auf 0,5°C
fällt,
wird die Spannung, die von der Gebläse-Energieversorgung 62 angelegt
wird, von 12 V auf 6 V umgeschaltet, während die elektrische Leistung,
die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 angelegt
wird, auf 100 W gehalten wird. Wenn die Temperatur weiter auf 0°C fällt (t5),
wird die elektrische Leistung, die von der Vorrichtungs-Energieversorgung 61 geliefert
wird, auf 25 W verringert. Bei dieser Ausführungsform wird die Ansteuerung
der Pettier-Vorrichtung und des Innengebläses unter Verwendung eines
einzigen Temperatursensors 64 ausgeführt, wie oben beschrieben wurde.
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Dabei
wurde der untere Pegel der Spannung, die an das Innengebläse 57 angelegt
wird, bei dieser Ausführungsform
auf 6 V eingestellt. Sie kann jedoch auch auf 0 V eingestellt werden.
Die elektrische Leistung für
die Peltier-Vorrichtung und die Spannung für das Innengebläse wurden
bei dieser Ausführungsform
zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert
jeweils in zwei Stufen umgeschaltet.
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Sie
können
jedoch jeweils zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten
Schwellenwert in mehreren Stufen oder stufenlos umgeschaltet werden.
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Als
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Innenraum eines Gehäuses oder
eines Lagerfachs für
Lebensmittel, wie etwa Gemüse,
auf einer hohen Luftfeuchtigkeit gehalten werden, indem wasserhaltende
Mittel, die Wasser aufnehmen und sein Verdampfen ermöglichen,
wie etwa ein eingelassener Abschnitt, ein Behälter oder ein wasserhaltendes
Material, z. B. ein Schwamm, angeordnet werden und indem zugelassen
wird, dass Wasser aus den wasserhaltenden Mitteln verdampft. Als
eine Alternative kann eine Luftbefeuchtungseinheit, die Ultraschallwellen
verwendet, oder dergleichen angeordnet werden, um den Innenraum
des Gehäuses
oder des Lagerfachs auf einer gewünschten hohen Luftfeuchtigkeit
zu halten.