EP1581776A1 - Hilfsk hlvorrichtung - Google Patents

Hilfsk hlvorrichtung

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EP1581776A1
EP1581776A1 EP03795913A EP03795913A EP1581776A1 EP 1581776 A1 EP1581776 A1 EP 1581776A1 EP 03795913 A EP03795913 A EP 03795913A EP 03795913 A EP03795913 A EP 03795913A EP 1581776 A1 EP1581776 A1 EP 1581776A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling device
container
auxiliary cooling
transfer fluid
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03795913A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Flinner
Georg Hausmann
Stefan Holzer
Jörg STELZER
Fritz Hägele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1581776A1 publication Critical patent/EP1581776A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/006—Other cooling or freezing apparatus specially adapted for cooling receptacles, e.g. tanks
    • F25D31/007—Bottles or cans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F25B21/04—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect reversible
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    • F25C1/00—Producing ice
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C2400/00—Auxiliary features or devices for producing, working or handling ice
    • F25C2400/10—Refrigerator units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an auxiliary cooling device which can be used in a cooling device, in particular a domestic refrigerator without a freezer compartment, in order to temporarily achieve cooling temperatures which are below a normal operating temperature of the cooling device.
  • a cooling device in particular a domestic refrigerator without a freezer compartment
  • Conventionally, a user who wants to have storage areas with temperatures above and below 0 ° C. available in a refrigeration device has to buy a combination device or a refrigerator with a so-called 3 or 4 star freezer compartment.
  • the normal cooling compartment and star compartment are cooled by a common refrigerant circuit, although lower evaporator temperatures must be reached in the star compartment than in the normal cooling compartment.
  • Such a refrigerator therefore has a higher specific energy consumption than a comparable device without a star compartment. This is particularly uneconomical if the star compartment is only used occasionally for freezing small quantities.
  • a freezer is less suitable for both purposes, on the one hand because of the difficulty of safely placing an ice cube maker in it, and on the other because beverages are at risk of freezing at the temperatures reached in the freezer and causing their container to burst.
  • the freezer is generally not installed in the immediate living area, so that the use of the star compartment is simply and simply more convenient.
  • the object of the present invention is to provide an auxiliary cooling device for a refrigerator, in particular for a refrigerator without a star compartment, which enables a user to cool or freeze goods such as drinks or water quickly, which takes up little space inside a refrigerator and at Not used does not increase the energy consumption of the refrigerator. 5
  • the object is achieved by an auxiliary cooling device with the features of claim 1.
  • the heat released from the heat source during operation of the Peltier element is first released into the first heat transfer fluid, from where it is distributed into the surrounding storage space of the refrigerator.
  • the heat source of the Peltier element allows the heat source of the Peltier element to be kept at a significantly lower temperature during operation than if the heat source were freely located in the storage space of the refrigerator, so that a good efficiency of the Peltier element is achieved.
  • the heat source can expediently be attached to a wall of the first container.
  • the heat sink in turn, can be in close thermal contact with an ice cube tray 25 if the auxiliary cooling device is to be used for ice cube preparation.
  • Such an ice cube tray expediently consists of a good heat-conducting material such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the heat sink is preferably attached to an underside of the ice cube tray.
  • a compact design is obtained if the ice cube tray forms an upper end of the first container.
  • the thermal contact between the heat sink of the Peltier element and a material to be cooled is produced via a second heat transfer fluid, which is accommodated in a second container.
  • a second heat transfer fluid which is accommodated in a second container.
  • such a container can be designed of an object to be cooled, in particular in that it has a recess for receiving the object.
  • the heat sink can be attached directly to a wall of this second container, but it is also conceivable to attach it to a chamber which is connected by lines to the second container, and means for circulating the heat transfer fluid between the chamber and the second container, such as one Pump.
  • an inner wall of the second container which delimits the recess, is flexible.
  • the outer wall of the container can be stiff in order to ensure good handling of the container.
  • the second container generally has flexible walls and can be shaped into a sleeve, which e.g. can be wrapped around a bottle to be cooled.
  • the second container has a rigid outer wall and a flexible inner wall, it is expedient if the chamber in which the heat exchange takes place is lower than the container. If, in addition, a pump is arranged in a supply line for the heat transfer fluid from the chamber into the second container, it generates an overpressure in the second container during operation, which presses its flexible inner wall firmly against an object to be cooled, whereas the heat transfer fluid tends to do so when the pump is switched off to flow into the chamber, thereby releasing the object to be cooled. The same effect can be achieved or enhanced if a bottleneck is formed in a return line of the heat transfer fluid from the second container into the chamber, at which a pressure drop occurs when the pump is running.
  • Means for reversing the current direction in the circuit of the Peltier element are expedient in order to be able to temporarily interchange the functions of the heat sink and heat source.
  • an auxiliary cooling device used as an ice cube maker it is possible in this way to thaw the finished ice cubes superficially and thus to facilitate the release of the ice cubes from their shell.
  • the auxiliary cooling device In order to avoid an unnecessary thermal load on a refrigerator in which the auxiliary cooling device is located by its operation, it is expedient to equip the auxiliary cooling device with a temperature sensor in contact with the second heat transfer fluid and with a control circuit which controls the thermoelectric element - and, if available, also the means for circulating the heat transfer fluid - switches off when the temperature detected by the temperature sensor falls below a limit value.
  • thermoelectric element - switches off the thermoelectric element - and, if appropriate, the means for circulating the heat transfer fluid - after a predetermined operating time.
  • the auxiliary cooling device can be designed as a device which is independent of the refrigerator or, more generally, the refrigerator in which it can be used, and is placed therein only when required.
  • an auxiliary cooling device permanently installed in a refrigeration device, it may be expedient for reasons of space saving to embed the first container in an insulating wall of the refrigeration device.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a first embodiment of an auxiliary cooling device according to the invention, which is specially designed for cooling bottles;
  • FIG. 3 shows a schematic section through an auxiliary cooling device for ice cube preparation; 4 shows a perspective view of a second container of an auxiliary cooling device, which is designed as a sleeve:
  • FIG. 5 shows a schematic view of a bottle to be cooled, to which the cuff from FIG. 4 is attached;
  • FIG. 7 shows a second modification of the auxiliary cooling device from FIG. 1.
  • Fig. 1 is a schematic section through an auxiliary cooling device according to the present invention.
  • the auxiliary cooling device comprises a first container 1 which is filled with a heat transfer fluid.
  • a brine or an alcohol-water mixture which has a freezing point below 0 ° C. is generally used as the heat transfer fluid. Since the auxiliary cooling device is intended to be used in the storage compartment of a refrigerator, which generally does not reach temperatures below 0 ° C., the use of pure water as the first heat transfer fluid could also be considered.
  • a Peltier element is shown schematically here as a heat source 2, which extends over a wall of the first container 1, and a heat sink 3, which forms a wall of a chamber 4.
  • the heat source and the heat sink are shown here as two large-area elements which are connected in series in a DC circuit with supply connections 5.
  • the Peltier element can comprise a multiplicity of source-sink pairs connected in series, each source or sink being formed by a flat contact between two metals, the current in a sink in each case from a first into the second metal and flows in a heat source from the second metal back to the first.
  • the chamber 4 is connected to a second container 7 via two pipes 6.
  • An electrically operated pump 8 is arranged in one of the pipelines 6 and can be operated to deliver a second heat transfer fluid between the chamber 4 and to circulate the second container 7.
  • the composition of the second heat transfer fluid can be identical to that of the first.
  • the second container 7 has the shape of an upwardly open cup with a rigid outer wall 9 and an inner wall 10 formed by a thin, flexible membrane. As a result of its flexibility, the inner wall 10 can fit snugly against a bottle 11 or another object that is used for Cooling is placed in the upwardly open recess 12 of the second container 7.
  • the second heat transfer fluid cools down at the heat sink 3, is passed by the pump 8 into the second container 7, where it flows around the bottle 11 and cools quickly, and then flows back into chamber 4.
  • Heat sink 3 is absorbed heat from the heat source 2 to the
  • Waste heat from the auxiliary cooling device must dissipate. If the auxiliary cooler is not in
  • the heat transfer fluids in the containers 1, 7 and the chamber 4 act as a thermal ballast, which extends the on-off cycles of the refrigerator and thus even improves their efficiency.
  • a control circuit 24 is connected on the one hand to a temperature sensor 25 arranged in contact with the heat transfer fluid in the second container 7 and on the other hand to the pump 8 and a switch 26 in the supply line of the Peltier element 2, 3.
  • the control circuit 24 keeps the pump 8 in operation and maintains the power supply to the Peltier element 2, 3 as long as the temperature detected by the sensor 25 does not fall below a predetermined limit value. If the limit is undershot, it switches off the Peltier element and the pump and does not start them up again until the sensor 25 indicates an increase in temperature. With the help of the sensor 25 and the control circuit 24, undercooling of the bottle 11 can be prevented if it is in the auxiliary cooling device longer than is necessary for cooling.
  • the limit value can be fixed, for example at a temperature of 1 to 2 ° C, around a to prevent accidental freezing of a bottle of water, or it can be adjustable by a user.
  • control circuit 24 and the temperature sensor 25 can also be replaced by a delay circuit, which switches off the pump 8 and the Peltier element 2, 3 again with a fixed delay or a delay that can be set by a user after the auxiliary cooling device has been started up.
  • the auxiliary cooling device shown schematically in FIG. 3 is designed as an ice cube maker.
  • the first container 1 and the Peltier element with heat source 2 and heat sink 3 do not differ from the corresponding parts in FIG. 2.
  • the second container 7 from FIG. 2 is replaced by a solid aluminum shell 13, on the top of which a large number of Recesses 14 are formed, which each serve as shapes for ice cubes.
  • a changeover switch 15 with two switch positions is attached, which allows the direction of current flow through the Peltier element to be reversed.
  • the switching position corresponding to the normal operation of the auxiliary cooling device is the one in which the part of the Peltier element which is in thermal contact with the first container 1 acts as a heat source and the part which is in thermal contact with the aluminum shell 13 acts as a heat sink in order to remove water in the cutouts 14 to freeze.
  • a user can change switch 15 in his bring another switch position, in which the current direction through the Peltier element is reversed and its part in thermal contact with the aluminum shell 13 acts as a heat source.
  • the ice cubes in the recesses 14 are thawed on the surface, so that they can be easily removed from the recesses.
  • a control circuit 24 and a temperature sensor 25 can also be provided, the temperature sensor 25 being attached here in contact with the aluminum shell 13 and the control circuit 24 the switch 15 when the temperature falls below a limit brings into a third position in which the current flow through the Peltier element 2, 3 is interrupted.
  • the first container 1 and the chamber 4 extend over the entire width of the shelf 27 and therefore have large, mutually facing walls on which the Peltier element 2, 3 can be accommodated.
  • the large wall surfaces also facilitate flexible deformation of the chamber 4 in the event of pressure fluctuations.
  • a bottleneck 28 is formed in one of the lines 6, in which the heat transfer fluid flows from the second container 7 back into the chamber 4.
  • the heat transfer fluid builds up at this bottleneck 28 when the pump 8 is in operation, so that an overpressure builds up in the container 7, which presses the flexible wall 10 closely against the bottle 11 and thus enables a highly effective heat exchange.
  • the resulting lack of heat transfer fluid in the chamber 4 is compensated for by a deformation of the upper wall of the chamber 4. If the pump 8 is switched off, the tends

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Abstract

Eine Hilfskühlvorrichtung zur Verwendung in einem Kältegerät umfasst ein thermoelektrisches Element, insbesondere ein Peltier-Element (2, 3), mit einer Wärmequelle (2) und einer Wärmesenke (3) umfasst, die in einem Stromkreis verbunden sind. Die Wärmesenke (3) dient mittelbar oder unmittelbar zum Kühlen eines Kühlgutes (11), während die gegen die Wärmesenke thermisch isolierte Wärmequelle (2) in engem thermischem Kontakt mit einer Wärmeträgerflüssigkeit in einem Behälter (1) steht, die als thermischer Puffer für die Abwärme des Kühlvorgangs dient.

Description

Hilfskühlvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hilfskühlvorrichtung, die in einem Kühlgerät, insbesondere einem Haushaltskühlschrank ohne Frostfach, anwendbar ist, um zeitweilig Kühltemperaturen zu erzielen, die unterhalb einer normalen Betriebstemperatur des Kühlgerätes liegen. Herkömmlicherweise muss ein Benutzer, der in einem Kältegerät Lagerbereiche mit Temperaturen über und unter 0° C zur Verfügung haben will, ein Kombinationsgerät oder einen Kühlschrank mit einem sog. 3 oder 4 Sterne Gefrierfach kaufen. Normalkühlfach und Stemefach sind durch einen gemeinsamen Kältemittelkreislauf gekühlt, wobei jedoch im Sternefach niedrigere Verdampfertemperaturen als im Normalkühlfach erreicht werden müssen. Ein solcher Kühlschrank weist daher einen höheren spezifischen Energieverbrauch auf als ein vergleichbares Gerät ohne Sternefach. Dies ist insbesondere dann unwirtschaftlich, wenn das Sternefach nur gelegentlich zum Gefrieren kleiner Mengen eingesetzt wird.
Viele Benutzer eines Kühlschranks besitzen gleichzeitig ein Gefriergerät, das sie für die längerfristige Lagerung von gefrorenen Lebensmitteln verwenden, so dass sie für diesen Zweck kein Sternefach benötigen. Dennoch wollen viele Benutzer nicht auf ein Sternefach verzichten, um darin z.B. Eiswürfel herstellen oder Getränke schnell kühlen zu können. Für beide Zwecke eignet sich ein Gefriergerät weniger gut, einerseits wegen der Schwierigkeit, einen Eiswürfelbereiter sicher darin zu platzieren, zum anderen, weil bei Getränken die Gefahr besteht, dass sie bei den in dem Gefriergerät erreichten Temperaturen gefrieren und ihren Behälter zum Platzen bringen. Außerdem ist das Gefriergerät im Gegensatz zu einem Kühlschrank im Allgemeinen nicht im unmittelbaren Wohnbereich aufgestellt, so dass die Nutzung des Sternefachs schlicht und einfach bequemer ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Hilfskühlvorrichtung für ein Kältegerät, insbesondere für einen Kühlschrank ohne Sternefach, anzugeben, die es einem Benutzer ermöglicht, Güter wie etwa Getränke oder Wasser schnell abzukühlen bzw. zu gefrieren, die im Inneren eines Kühlschranks wenig Platz beansprucht und bei Nichtgebrauch den Energieverbrauch des Kältegeräts nicht erhöht. 5 Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hilfskühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Durch Platzieren des Behälters mit der Wärmeträgerflüssigkeit in einem Kühlschrank wird diese auf dessen Betriebstemperatur abgekühlt. Ausgehend von dieser Temperatur kann das Peltier-Element betrieben werden, um ein zu kühlendes Gut, das mit der Wärmesenke des Peltier-Elements in thermischen Kontakt gebracht ist, in kurzer
10 Zeit auf eine Temperatur abzukühlen, die unterhalb der Lagertemperatur des Kühlschranks liegt und unter 0° C liegen kann. Die beim Betrieb des Peltier-Elements von dessen Wärmequelle freigesetzte Wärme wird zunächst in die erste Wärmeträgerflüssigkeit abgegeben, von wo aus sie sich in den umgebenden Lagerraum des Kühlschranks verteilt. Der enge thermische Kontakt mit der Wärmeträgerflüssigkeit
15 erlaubt es, die Wärmequelle des Peltier-Elements während des Betriebs auf einer deutlich niedrigeren Temperatur zu halten, als wenn die Wärmequelle frei im Lagerraum des Kühlschranks angebracht wäre, so dass ein guter Wirkungsgrad des Peltier-Elements erzielt wird.
20 Um einen effektiven Wärmeaustausch zwischen der Wärmequelle und der ersten Wärmeträgerflüssigkeit zu erreichen, kann die Wärmequelle zweckmäßigerweise an einer Wand des ersten Behälters angebracht sein.
Die Wärmesenke wiederum kann in engem thermischen Kontakt mit einer Eiswürfelschale 25 stehen, wenn die Hilfskühlvorrichtung zur Eiswürfelbereitung eingesetzt werden soll.
Eine solche Eiswürfelschale besteht zweckmäßigerweise aus einem gut wärmeleitenden Material wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
30 Die Wärmesenke ist vorzugsweise an einer Unterseite der Eiswürfelschale angebracht.
Eine kompakte Bauform wird erhalten, wenn die Eiswürfelschale einen oberen Abschluss des ersten Behälters bildet.
3.5 Einer zweiten Ausgestaltung zufolge wird der thermische Kontakt zwischen der Wärmesenke des Peltier-Elements und einem zu kühlenden Gut über eine zweite Wärmeträgerflüssigkeit hergestellt, die in einem zweiten Behälter untergebracht ist. Um eine schnelle, effektive Kühlung zu erzielen, kann ein solcher Behälter an die Gestalt eines zu kühlenden Gegenstands angepasst sein, insbesondere indem er eine Aussparung zum Aufnehmen des Gegenstandes aufweist.
Die Wärmesenke kann unmittelbar an einer Wand dieses zweiten Behälters angebracht sein, denkbar ist aber auch, sie an einer Kammer anzubringen, die durch Leitungen mit dem zweiten Behälter verbunden ist, und Mittel zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit zwischen der Kammer und dem zweiten Behälter wie etwa eine Pumpe vorzusehen.
Um die Form der Aussparung genau an wechselnde Gestalten von zu kühlenden Gegenständen anpassen zu können, ist es zweckmäßig, dass eine Innenwand des zweiten Behälters, die die Aussparung begrenzt, flexibel ist. Die Außenwand des Behälters hingegen kann steif sein, um eine gute Handhabbarkeit des Behälters zu gewährleisten. Eine andere Möglichkeit ist, dass der zweite Behälter generell flexible Wände aufweist und zu einer Manschette formbar ist, die z.B. um eine zu kühlende Flasche gewickelt werden kann.
Wenn der zweite Behälter eine steife Außenwand und eine flexible Innenwand aufweist, so ist es zweckmäßig, wenn die Kammer, in der der Wärmeaustausch stattfindet, tiefer als der Behälter liegt. Wenn außerdem eine Pumpe in einer Zuleitung der Wärmeträgerflüssigkeit von der Kammer in den zweiten Behälter angeordnet ist, erzeugt sie im Betrieb einen Überdruck in dem zweiten Behälter, der dessen flexible Innenwand fest gegen einen zu kühlenden Gegenstand drückt, wohingegen bei ausgeschalteter Pumpe die Wärmeträgerflüssigkeit dazu neigt, in die Kammer zu strömen, wodurch der zu kühlende Gegenstand freigegeben wird. Die gleiche Wirkung kann erzielt oder verstärkt werden, wenn in einer Rückleitung der Wärmeträgerflüssigkeit vom zweiten Behälter in die Kammer ein Engpass gebildet ist, an dem bei laufender Pumpe ein Druckabfall stattfindet.
Mittel zum Umkehren der Stromrichtung in dem Stromkreis des Peltier-Elements sind zweckmäßig, um zeitweilig die Funktionen von Wärmesenke und Wärmequelle vertauschen zu können. Bei einer als Eiswürfelbereiter eingesetzten Hilfskühlvorrichtung ist es auf diese Weise möglich, die fertigen Eiswürfel oberflächlich anzutauen und so das Lösen der Eiswürfel aus ihrer Schale zu erleichtern. Um eine unnötige thermische Belastung eines Kühlschranks, in dem sich die Hilfskühlvorrichtung befindet, durch deren Betrieb zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Hilfskühlvorrichtung mit einem Temperatursensor in Kontakt mit der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit und mit einer Steuerschaltung auszustatten, die das thermoelektrische Element - und, wenn vorhanden, auch die Mittel zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit - ausschaltet, wenn die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur einen Grenzwert unterschreitet.
Eine ähnliche Wirkung kann auch mit Hilfe einer Zeitschaltvorrichtung erreicht werden, die das thermoelektrische Element - und gegebenenfalls die Mittel zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit - nach einer festgelegten Betriebsdauer ausschaltet.
Die Hilfskühlvorrichtung kann als ein Gerät ausgelegt sein, das von dem Kühlschrank oder allgemein dem Kältegerät, in dem sie eingesetzt werden kann, unabhängig ist und nur bei Bedarf darin platziert wird. Bei einer fest in einem Kältegerät eingebauten Hilfskühlvorrichtung kann es aus Gründen der Platzersparnis zweckmäßig sein, den ersten Behälter in eine isolierende Wand des Kältegeräts einzubetten.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 : einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hilfskühlvorrichtung, die speziell zum Kühlen von Flaschen ausgelegt ist;
Fig. 2: eine vereinfachte, kompakte Ausgestaltung der Hilfskühlvorrichtung zum Kühlen von Flaschen;
Fig. 3: einen schematischen Schnitt durch eine Hilfskühlvorrichtung zur Eiswürfelbereitung; Fig. 4: eine perspektivische Ansicht eines zweiten Behälters einer Hilfskühlvorrichtung, der als Manschette ausgelegt ist:
Fig. 5: eine schematische Ansicht einer zu kühlenden Flasche, an der die Manschette aus Fig. 4 angebracht ist;
Fig. 6: eine Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1 , bei der der erste Behälter in die Wand eines Kühlschrankes eingelassen ist; und
Fig. 7 eine zweite Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1.
Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Hilfskühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Hilfskühlvorrichtung umfasst einen ersten Behälter 1 , der mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt ist. Als Wärmeträgerflüssigkeit wird man im Allgemeinen eine Sole oder ein Alkohol-Wasser-Gemisch verwenden, das einen Gefrierpunkt unterhalb 0° C aufweist. Da die Hilfskühlvorrichtung vorgesehen ist, um im Lagerfach eines Kühlschranks verwendet zu werden, das im Allgemeinen keine Temperaturen unter 0° C erreicht, käme auch die Verwendung von reinem Wasser als erste Wärmeträgerflüssigkeit in Betracht.
Ein Peltier-Element ist hier schematisch dargestellt als eine Wärmequelle 2, die sich über eine Wand des ersten Behälters 1 erstreckt, und eine Wärmesenke 3, die eine Wand einer Kammer 4 bildet. Die Wärmequelle und die Wärmesenke sind hier als zwei großflächige Elemente dargestellt, die in einem Gleichstromkreis mit Versorgungsanschlüssen 5 in Reihe geschaltet sind. In der Praxis kann das Peltier- Element eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Quelle-Senke-Paaren umfassen, wobei jede Quelle bzw. jede Senke durch einen flächigen Kontakt zwischen zwei Metallen gebildet ist, wobei der Strom in einer Senke jeweils von einem ersten in das zweite Metall und in einer Wärmequelle von dem zweiten Metall zurück in das erste fließt.
Die Kammer 4 ist über zwei Rohrleitungen 6 mit einem zweiten Behälter 7 verbunden. In einer der Rohrleitungen 6 ist eine elektrisch betriebene Pumpe 8 angeordnet, die betrieben werden kann, um eine zweite Wärmeträgerflüssigkeit zwischen der Kammer 4 und dem zweiten Behälter 7 umzuwälzen. Die Zusammensetzung der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit kann mit der der ersten identisch sein.
Der zweite Behälter 7 hat die Gestalt eines nach oben offenen Bechers mit einer steifen Außenwand 9 und einer durch eine dünne, flexible Membran gebildeten Innenwand 10. Infolge ihrer Flexibilität kann sich die Innenwand 10 eng an eine Flasche 11 oder einen anderen Gegenstand anschmiegen, der zum Kühlen in der nach oben offenen Aussparung 12 des zweiten Behälters 7 platziert ist.
Wenn die Hilfskühlvorrichtung in Betrieb ist und die Pumpe 8 und das Peltier-Element mit Strom versorgt sind, kühlt sich die zweite Wärmeträgerflüssigkeit an der Wärmesenke 3 ab, wird von der Pumpe 8 in den zweiten Behälter 7 geleitet, wo sie die Flasche 11 umspült und schnell abkühlt, und fließt anschließend in die Kammer 4 zurück. Die von der
Wärmesenke 3 aufgenommene Wärme wird von der Wärmequelle 2 an die
Wärmeträgerflüssigkeit im ersten Behälter 1 abgegeben und verteilt sich von dort aus im Lagerraum des Kühlschranks. Wenn die Hilfskühlvorrichtung in Betrieb ist, ist der
Leistungsbedarf der Kältemaschine des Kühlschranks erhöht, da diese zusätzlich die
Abwärme der Hilfskühlvorrichtung abführen muss. Wenn die Hilfskühlvorrichtung nicht in
Betrieb ist, hat sie keinerlei Auswirkungen auf den Energiebedarf des Kühlschranks.
Allenfalls wirken die Wärmeträgerflüssigkeiten in den Behältern 1 , 7 und der Kammer 4 als ein thermischer Ballast, der die Ein-Ausschaltzyklen der Kältemaschine verlängert und deren Wirkungsgrad so sogar verbessert.
Eine Steuerschaltung 24 ist einerseits mit einem in Kontakt mit der Wärmeträgerflüssigkeit im zweiten Behälter 7 angeordneten Temperatursensor 25 und andererseits mit der Pumpe 8 und einem Schalter 26 in der Versorgungsleitung des Peltier-Elements 2, 3 verbunden. Die Steuerschaltung 24 hält die Pumpe 8 in Betrieb und die Stromversorgung des Peltier-Elements 2, 3 aufrecht, so lange die vom Sensor 25 erfasste Temperatur einen vorgegebenen Grenzwert nicht unterschreitet. Bei Unterschreitung des Grenzwerts schaltet sie das Peltier-Element und die Pumpe aus und nimmt sie erst wieder in Betrieb, wenn der Sensor 25 einen Temperaturanstieg anzeigt. Mit Hilfe des Sensors 25 und der Steuerschaltung 24 kann eine Unterkühlung der Flasche 11 verhindert werden, wenn sich diese länger als zum Abkühlen nötig in der Hilfskühlvorrichtung befindet. Der Grenzwert kann fest vorgegeben sein, z.B. bei einer Temperatur von 1 bis 2 °C, um ein versehentliches Gefrieren einer Flasche Wasser zu verhindern, oder er kann durch einen Benutzer einstellbar sein.
In einer einfacheren Ausgestaltung können die Steuerschaltung 24 und der Temperatursensor 25 auch durch eine Verzögerungsschaltung ersetzt werden, die jeweils mit einer festgelegten oder durch einen Benutzer einstellbaren Verzögerung nach Inbetriebnahme der Hilfskühlvorrichtung Pumpe 8 und Peltier-Element 2, 3 wieder ausschaltet.
Bei der Ausgestaltung der Fig. 2 ist das Peltier-Element mit Wärmequelle 2 und Wärmesenke 3 unmittelbar zwischen dem ersten Behälter 1 und dem darauf montierten zweiten Behälter 7 angebracht. Die Kammer 4 und die Pumpe 8 sind entfallen. Bei dieser Ausgestaltung ist trotz des Fehlens einer Zwangsumwälzung der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit in dem Behälter 7 eine wirksame Kühlung der Flasche 11 möglich, wenn die zweite Wärmeträgerflüssigkeit im wesentlichen aus Wasser besteht. Wasser hat bekanntlich seine größte Dichte bei ca. 4° C, so dass es, wenn es an der Wärmesenke 3 unter diesen Wert abgekühlt wird, dazu neigt, in dem zweiten Behälter 7 aufzusteigen, um so die Flasche 11 zu kühlen.
Die in Fig. 3 schematisch gezeigte Hilfskühlvorrichtung ist als Eiswürfelbereiter ausgelegt. Der erste Behälter 1 und das Peltier-Element mit Wärmequelle 2 und Wärmesenke 3 unterscheiden sich nicht von den entsprechenden Teilen der Fig. 2. Der zweite Behälter 7 aus Fig. 2 jedoch ist durch eine massive Aluminiumschale 13 ersetzt, an deren Oberseite eine Vielzahl von Aussparungen 14 gebildet sind, die jeweils als Formen für Eiswürfel dienen.
Zwischen den Versorgungsanschlüssen 5 und dem Peltier-Element ist ein Wechselschalter 15 mit zwei Schaltstellungen angebracht, der es erlaubt, die Richtung des Stromflusses durch das Peltier-Element umzukehren. Die dem Normalbetrieb der Hilfskühlvorrichtung entsprechende Schaltstellung ist diejenige, bei der der mit dem ersten Behälter 1 in thermischem Kontakt stehende Teil des Peltier-Elements als Wärmequelle und der mit der Aluminiumschale 13 in thermischem Kontakt stehende Teil als Wärmesenke wirkt, um Wasser in den Aussparungen 14 zu gefrieren. Wenn das Wasser in den Aussparungen gefroren ist, kann ein Benutzer den Wechselschalter 15 in seine andere Schaltstellung bringen, in der die Stromrichtung durch das Peltier-Element umgekehrt ist und sein mit der Aluminiumschale 13 in thermischem Kontakt stehender Teil als Wärmequelle wirkt. Durch eine kurzzeitige Erwärmung der Schale 13 werden die Eiswürfel in den Aussparungen 14 oberflächlich angetaut, so dass sie sich ohne Schwierigkeiten aus den Aussparungen lösen.
Auch bei dieser Ausgestaltung der Hilfskühlvorrichtung können, wie in der Fig. 3 gezeigt, eine Steuerschaltung 24 und ein Temperatursensor 25 vorgesehen werden, wobei der Temperatursensor 25 hier in Kontakt mit der Aluminiumschale 13 angebracht ist und die Steuerschaltung 24 bei Unterschreiten einer Grenztemperatur den Schalter 15 in eine dritte Stellung bringt, in welcher der Stromfluss durch das Peltier-Element 2, 3 unterbrochen ist.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des zweiten Behälters. Die Wände des in Fig. 4 gezeigten zweiten Behälters 17 sind durch flexible Kunststofffolien gebildet, die lokal miteinander verschweißt sind, um einen im Zick-Zack verlaufenden schlauchförmigen Innenraum zu bilden. An einem Längsende sind die Folien flächig miteinander zu einer flachen Zunge 18 verschweißt. Zwei Rohrleitungen 6 zum Zu- und Abführen der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit erstrecken sich, zwischen den zwei Folien eingeschlossen, entlang der Zunge 18 und münden auf jeweils ein Längsende des schlauchförmigen Hohlraums. Ein Klettverschlussflecken 19 ist auf der dem Betrachter in Fig. 4 zugewandten Seite der Zunge 18 angebracht. Ein zu dem Flecken 19 komplementärer Klettverschlussstreifen 20, in der Fig. als gestrichelter Umriss dargestellt, befindet sich an der vom Betrachter abgewandten Seite des Behälters 17.
Fig. 5 zeigt den Behälter 17 im Gebrach beim Kühlen einer Flasche 11. Der Behälter ist um den Bauch der Flasche 11 so herumgewickelt, dass die zwei in Fig. 5 verdeckten Klettverschlussteile 19, 20 miteinander in Kontakt kommen und aneinander haften. Aufgrund seiner Flexibilität ist der Behälter 17 in der Lage, sich an Flaschen mit unterschiedlichen Durchmessern formschlüssig anzuschmiegen und so einen sehr intensiven Wärmeaustausch zwischen der Flasche und der in dem zweiten Behälter 17 zirkulierenden zweiten Wärmeträgerflüssigkeit zu bewirken. Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1 , bei der der erste Behälter 1 und die Kammer 4 in eine Aussparung 22 einer Innenbehälterwand 21 eines Kühlschranks eingelassen sind. Durch diese Konstruktion wird der Platzbedar der Hilfskühlvorrichtung im Inneren des Kühlschranks erheblich vermindert. Durch die Aussparung 22 ist die Dicke einer Isolierschaumschicht 23, die den Zwischenraum zwischen der Innenbehälterwand 21 und einer nicht dargestellten Außenwand des Kühlschranks ausfüllt, lokal vermindert. Dies kann jedoch in Kauf genommen werden, da die Kammer 4, der isolierende Zwischenraum zwischen Wärmequelle 2 und Wärmesenke 3 des Peltier-Elements sowie der erste Behälter mit der darin enthaltenen Wärmeträgerflüssigkeit ihrerseits zur thermischen Isolation des Innenraums des Kühlschranks beitragen und so die Wirkung der dünneren Isolierschaumschicht 23 ausgleichen.
Fig. 7 zeigt eine zweite Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1 , bei der der zweite Behälter 7 auf einem Fachboden 27 des Kühlschranks platziert ist und die Kammer 4 und der erste Behälter 1 unmittelbar unterhalb des Fachbodens 27 angeordnet sind. Der in der schematischen Darstellung der Figur erscheinende Abstand zwischen der Kammer 4 und dem Fachboden 27 dient lediglich dazu, die Leitungen 6 für die Wärmeträgerflüssigkeit zwischen Kammer 4 und zweitem Behälter 7 sowie die Pumpe 8 zeigen zu können.
Der erste Behälter 1 und die Kammer 4 erstrecken sich über die gesamte Breite des Fachbodens 27 und haben daher großflächige einander zugewandte Wände, an denen das Peltier-Element 2, 3 untergebracht werden kann. Die großen Wandflächen erleichtern auch eine flexible Verformung der Kammer 4 bei Druckschwankungen.
In einer der Leitungen 6, in der die Wärmeträgerflüssigkeit vom zweiten Behälter 7 zurück in die Kammer 4 strömt, ist ein Engpass 28 gebildet. An diesem Engpass 28 staut sich die Wärmeträgerflüssigkeit, wenn die Pumpe 8 in Betrieb ist, so dass sich im Behälter 7 ein Überdruck aufbaut, der die flexible Wand 10 eng an die Flasche 11 anpresst und so einen hochwirksamen Wärmeaustausch ermöglicht. Der daraus resultierende Mangel an Wärmeträgerflüssigkeit in der Kammer 4 wird durch eine Verformung der oberen Wand der Kammer 4 ausgeglichen. Wenn die Pumpe 8 ausgeschaltet ist, neigt die
Wärmeträgerflüssigkeit dazu, sich in der tiefer als der zweite Behälter 7 gelegenen
, Kammer 4 zu sammeln, wodurch sich die obere Wand der Kammer vorwölbt und die flexible Wand 10 des zweiten Behälters 7 sich von der Flasche 11 zurückzieht und diese freigibt.

Claims

Patentansprüche
1. Hilfskühlvorrnchtung zur Verwendung in einem Kältegerät, mit thermoelektrischen Element, insbesondere einem Peltier-Element (2, 3), das eine Wärmequelle (2) und eine Wärmesenke (3) umfasst, die in einem Stromkreis verbunden sind, und mit einem ersten Behälter (1) für eine erste Wärmeträgerflüssigkeit, wobei die erste Wärmeträgerflüssigkeit mit der Wärmequelle (2) in engem thermischem Kontakt steht und gegen die Wärmesenke thermisch isoliert ist.
2. Hilfskühlvorrnchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (2) an einer Wand des ersten Behälters (1) angebracht ist.
3. Hilfskühlvorrnchtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) in engem thermischem Kontakt mit einer Eiswürfelschale (13) steht.
4. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiswürfelschale (13) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
5. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) sich über eine Unterseite der Eiswürfelschale (13) erstreckt.
6. Hilfskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiswürfelschale (13) einen oberen Abschluss des ersten Behälters (1) bildet.
7. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) in engem thermischem Kontakt mit einer zweiten Wärmeträgerflüssigkeit steht, die in einem zweiten Behälter (4, 7, 17) untergebracht ist.
8. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) an einer Wand des zweiten Behälters (7) angebracht ist.
9. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) an einer mit dem zweiten Behälter (7, 17) durch Leitungen (6) für die Wärmeträgerflüssigkeit verbundenen Kammer (4) angebracht ist, und dass sie
Mittel (8) zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit zwischen der Kammer (4) und dem zweiten Behälter (7, 17) aufweist.
10. Hilfskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (7) eine Aussparung (12) zum Aufnehmen eines zu kühlenden Gegenstandes (11) umgibt.
11. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Aussparung begrenzende Innenwand (10) des zweiten Behälters flexibler als eine Außenwand (9) des zweiten Behälters (7) ist.
12. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 9 und Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (4) tiefer als der zweite Behälter (7) angeordnet ist.
13. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 9 und 11 oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Rückleitung (6) der Wärmeträgerflüssigkeit von dem zweiten Behälter (7) zur Kammer (4) ein Engpass (28) gebildet ist.
14. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (17) flexible Wände aufweist und zu einer Manschette formbar ist.
15. Hilfskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatursensor (25) in thermischem Kontakt mit der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit und eine Steuerschaltung (24) zum Ausschalten des thermoelektrischen Elements (2, 3), wenn die von dem Temperatursensor (25) erfasste Temperatur einen Grenzwert unterschreitet, umfasst.
16. Hilfskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zeitschaltvorrichtung zum automatischen Ausschalten des thermoelektrischen Elements (2, 3) nach einer festgelegten Betriebsdauer umfasst.
17. Hilfskühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (15) zum Umkehren der Stromrichtung in dem Stromkreis aufweist.
18. Kältegerät mit einer Hilfskühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (1) in eine isolierende Wand (21 , 22, 23) des Kältegeräts eingebettet ist.
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