VORRICHTUNG ZUM ERZEUGEN VON EISWÜRFELN, KÄLTEAPPARAT MIT DIESER ART VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERZEUGEN VON EISWÜRFELN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der Eiswürfel erzeugbar sind, einen Kälteapparat mit einer derartigen Vorrichtung und ein Verfahren, mit dem Eiswürfel erzeugbar sind.
Verfahren zum „Erzeugen von Kälte", basierend auf dem Kältemaschinenprinzip, dessen Arbeitsprinzip ausreichend bekannt ist. Es gibt verschiedene Kälteerzeugungsverfahren, wie beispielsweise Kälteerzeugung durch Kompression, Kälteerzeugung durch Absorption oder thermoelektrische Kälteerzeugung. In Kälteapparaten, besonders in Kälteapparaten für den Haushalt, sind gewöhnlich Kompressionskältemaschinen vorgesehen. Die gegenwärtige Entwicklung von Kälteapparaten für den Haushalt geht in die Richtung, Zusatzfunktionen der Kälteapparate vorzusehen. Dies schließt auch die Bereitstellung von Eiswürfelerzeugern in diesen Kälteapparaten für den Haushalt ein.
Herkömmliche Eiswürfelerzeuger in Kälteapparaten für den Haushalt nutzen die Kälte, die über die Kälteerzeugung durch Kompression erzeugt ist, oder sie basieren selbst auf dem Prinzip der Kälteerzeugung durch Kompression. Diese Systeme benötigen ein großes Volumen, weisen eine komplexe Fertigung auf und sind kostspielig. Im Übrigen ist der Eiserzeugungsvorgang selbst schwierig zu regeln, d.h. die Regelung der Form der Eiswürfel, der Dauer der Gefrierung, der Transparenz des Eiswürfels und der benutzten oder zu benutzenden Wassermenge. Gewöhnlich wird zur Eiswürfelerzeugung Wasser in eine Eiswürfelschale gegossen, die mit Aufteilungen versehen ist, und das Wasser gefriert in der Schale. Die erzeugten Eiswürfel sind jedoch nur auf eine in der Tat komplizierte und untaugliche Art und Weise aus den Aufteilungen der Eiswürfelschale herausnehmbar oder lösbar. Es sind außerdem so genannte Eiswürfelbeutel bekannt, in denen sich eine vorgegebene Wassermenge in einer hohlen Abteilung zwischen zwei verschweißten Kunststofffolien befindet. Derartige Eiswürfel beutel werden in einem Gefrierapparat untergebracht, z.B. in einem Gefrierfach eines Kühlschranks, wodurch das eingeschlossene Wasser gefriert und Eiswürfel ausbildet. Derartige Eiswürfelbeutel sind außerdem bereits in einem vorgefrorenen Zustand erwerbbar. Zum Herauslösen der fertigen Eiswürfel müssen die Kunststofffolien zerstört und die Eiswürfel aus der Verpackung gelöst werden. Dies ist in der Tat kompliziert und kann zur Verunreinigung der Eiswürfel führen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von verzehrbaren Eiswürfeln zu schaffen, die es ermöglichen, Eiswürfel wirtschaftlich und leicht,
geregelt und mit Erfolg zu erzeugen; die Vorrichtung muss in diesem Fall vorzugsweise in einem Kälteapparat unterbringbar sein.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt über eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Diese Vorrichtung zum Erzeugen von verzehrbaren Eiswürfeln weist mindestens ein wärmeleitendes Eintauchelement, das mit einer Eisadhäsionsfläche versehen ist, und ein Kältegerät auf. Das Eintauchelement ist dazu geeignet, mit seiner Eisadhäsionsfläche in eine verzehrbare Flüssigkeit eingetaucht zu werden. Das Kältegerät ist baulich mit dem Eintauchelement verbunden und weist eine vorgegebene Wärmetransportvorrichtung zum derartigen Herunterkühlen von mindestens der Eisadhäsionsfläche auf eine Gefriertemperatur der Flüssigkeit auf, dass in einem eingetauchten Zustand des Eintauchelements diese in der näheren Umgebung und die Flüssigkeit, die auf der Eisadhäsionsfläche vorhanden ist, einfrierbar ist und aus einem Teil der Flüssigkeit auf der Eisadhäsionsfläche ein Eiswürfel ausbildbar ist.
Das Eintauchelement ist aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt. Das Kältegerät ist vorzugsweise eine thermoelektrische Kältemaschine, obgleich die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das Eintauchelement ist derart vorgesehen, dass es mit seiner Eisadhäsionsfläche in eine verzehrbare Flüssigkeit eintauchbar ist. Das Eintauchelement kann fingerartig sein und mit einem konisch ausgebildeten Ende oder Endabschnitt ausgebildet sein. Das Kältegerät kann an jeglicher Stelle angeordnet sein, z.B. an oder in einen Kälteapparat gefügt, wie beispielsweise seiner Seitenwand, Rückwand oder einer Tür, und an einen Gefrierschrank angeschlossen sein. Das Kältegerät ist baulich derart mit dem Eintauchelement verbunden, dass das Kältegerät einen richtigen Wärmetransport ermöglicht, über den das Eintauchelement derart herunterkühlbar ist, dass sich Eis aus der Flüssigkeit bildet, die dem Eintauchelement oder seiner näheren Umgebung zugefügt ist.
„Baulich verbunden" bedeutet hier, dass sich zwischen dem Eintauchelement und dem Kältegerät kein Material oder Medium mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit befindet, wie beispielsweise Luft, Kunststoff, Holz oder dergleichen, sondern dass eine strukturelle Baueinheit oder physische Verbindung zwischen diesen Bauteilen vorliegt. Dadurch ist das Eintauchelement wirksam über den richtigen Wärmetransport herunterkühlbar. Richtiger Wärmetransport bedeutet hier, dass die Wärmemenge, die Dauer und die Richtung des Wärmetransports exakt regelbar sind. Damit weist die Erfindung den Grundgedanken auf, ein in eine Flüssigkeit eintauchbares Element über eine wärmeleitende Verbindung mit
beispielsweise einem Gefrierschrank eines Kälteapparats oder mit einem besonderen Kälteerzeugungssystem derart herunterzukühlen, dass um seine Außenfläche oder Innenfläche oder in der näheren Umgebung der Eisadhäsionsfläche Eis oder ein Eiswürfel ausbildbar ist.
Damit ist das Eiserzeugungsverfahren auf eine einfache, wirksame und exakte Art und Weise regelbar, weswegen es ermöglicht ist, die Form der Eiswürfel, die Gefrierdauer, die Transparenz der Eiswürfel und die Menge der zur Erzeugung der Eiswürfel genutzten Flüssigkeit mit Erfolg zu beeinflussen. Dadurch ist das Erzeugen von Eiswürfeln auf eine einfache und wirtschaftliche technische Art und Weise erzielt.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 19.
Dementsprechend ist die Eisadhäsionsfläche vorzugsweise an einem freien Ende des Eintauchelements vorgesehen.
Die Eisadhäsionsfläche ist außerdem vorzugsweise an einer Außenfläche des Eintauchelements vorgesehen, oder das Eintauchelement ist an seinem freien Ende hohl ausgebildet und weist eine Innenfläche der hohlen Abteilung auf, die die Eisadhäsionsfläche ausbildet.
Die Eisadhäsionsfläche kann außerdem vorzugsweise in einem Endabschnitt des Eintauchelements vorgesehen sein, der sich insbesondere konisch verjüngt.
Die Wärmetransportvorrichtung des Kältegeräts zum Erwärmen von mindestens der Eisadhäsionsfläche ist vorzugsweise derart umkehrbar, dass eine dünne Eisschicht, die unmittelbar an die Eisadhäsionsfläche angrenzt, eines Eiswürfels, der an der Eisadhäsionsfläche anhaftet, auftaubar und der Eiswürfel von der Eisadhäsionsfläche und dem Eintauchelement lösbar oder sogar auswerfbar ist.
Das Kältegerät ist vorzugsweise ein thermoelektrisch kühlendes Gerät.
Das thermoelektrisch kühlende Gerät weist vorzugsweise mindestens ein Peltier-Element auf. Peltier-Elemente haben sich als besonders geeignet erwiesen, da sie gut regelbar und steuerbar sind, ihre Kühlleistung anpassbar ist und im Bedarfsfall außerdem ihre Wärmetransportvorrichtung auf einfache Art und Weise umkehrbar ist.
Das Kältegerät ist vorzugsweise in das Eintauchelement oder in ein von dem Eintauchelement getrenntes Kältegerät eingegliedert, welches wärmeleitfähig mit dem Eintauchelement verbindbar ist.
Vorzugsweise weist das Eintauchelement eine Form auf, die aus einer Gruppe von Formen ausgewählt ist, welche eine Fingerform, eine Stabform, eine Stangenform, eine Zylinderform, eine Rohrform oder eine Gitterform sowie Hybridformen aus denselben umfasst.
Das Eintauchelement ist vorzugsweise in L-Form ausgebildet. Dadurch lässt sich nicht nur eine gute Eintauchfunktion gewährleisten, sondern außerdem eine baulich einfache und zuverlässige Verbindung des Eintauchelements mit dem Kältegerät sowie bestimmten, miteinander verbundenen Zusatzbauteilen.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Grundkörper auf, der einen wärmeleitenden Bereich aufweist, an dem mindestens ein Eintauchelement vorstehend angeordnet ist; und das Kältegerät ist über den wärmeleitenden Bereich wärmeleitfähig mit dem Eintauchelement verbunden.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Vielzahl von (gleichartigen oder unterschiedlichen) Eintauchelementen auf. Dadurch ist eine Vielzahl von Eiswürfeln mit gleichen oder unterschiedlichen Formen und/oder Eigenschaften erzeugbar.
Vorzugsweise ist die Vielzahl von Eintauchelementen reihenweise (in einer oder auch mehreren Reihen) angeordnet.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise einen Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit auf. Im vollen Zustand des Behälters befindet sich das Eintauchelement mindestens im Bereich der Eisadhäsionsfläche in dem Behälter und ist in die vorhandene Flüssigkeit eintauchbar.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise einen Eintauchmechanismus zum automatischen Steuern des Eintauchens des Eintauchelements in den Behälter und des Auftauchen daraus auf.
Und schließlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise eine Eiswürfelsammelvorrichtung, die dem Eintauchelement zugeordnet ist, zum Sammeln von
Eiswürfeln auf, welche auf die oben beschriebene Art und Weise gesteuert von der Eisadhäsionsfläche gelöst oder ausgeworfen sind.
Die Grundaufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt über einen Kälteapparat gemäß Anspruch 20 gelöst.
Dieser Kälteapparat, insbesondere ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank oder eine Tiefkühltruhe, ist mit einem Gehäuse und mindestens einer Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln nach einem der Ansprüche 1 bis 19, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ausgestattet. Als Kühlschrank oder Gefrierschrank kann der Kälteapparat insbesondere in horizontaler oder vertikaler Ausführung gestaltet sein. Mit einem Kälteapparat gemäß der Erfindung sind im Wesentlichen dieselben Vorteile wie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbar.
Bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Kälteapparats sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 21 bis 27.
Dementsprechend ist mindestens ein Eintauchelement der Vorrichtung vorzugsweise auf der Innenseite einer Wand des Gehäuses angeordnet und steht in die Innenkammer des Kälteapparats durchdringend vor.
Das Eintauchelement ist über einen Grundkörper vorzugsweise an der Wand befestigt. Der Grundkörper ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt, z.B. aus demselben Material wie das Eintauchelement.
Vorzugsweise ist das Kältegerät der Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln teilweise oder vollständig in einer Wand des Gehäuses angeordnet.
Vorzugsweise weist der Kälteapparat mindestens eine Kältekammer und mindestens eine Gefrierkammer auf; ist mindestens ein Eintauchelement in der Kältekammer angeordnet; und ist die Gefrierkammer über ein örtliches, wärmeleitendes Thermobrückenelement mit dem Eintauchelement verbunden.
Das Thermobrückenelement ist vorzugsweise über das Kältegerät, das zum Erzeugen der Eiswürfel dient, wärmeleitend mit dem Eintauchelement verbunden.
Vorzugsweise weist der Kälteapparat mindestens einen Kaltluftzirkulationskanal in Verbindung mit einer Kältemaschine des Kälteapparats auf; und befindet sich mindestens die wärmeleitende Seite des Kältegeräts der Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln in dem Luftzirkulationskanal.
Vorzugsweise weist der Kälteapparat eine Füllvorrichtung zum automatischen Befüllen des Behälters mit der Flüssigkeit auf.
Andererseits wird die Grundaufgabe der Erfindung gemäß einem dritten Aspekt über ein Verfahren gemäß Anspruch 28 gelöst. Dieses Verfahren zur Erzeugung von Eiswürfeln weist folgende Schritte auf:
a) Bereitstellen einer verzehrbaren Flüssigkeit, die eine vorgegebene Gefriertemperatur aufweist;
b) Eintauchen eines Eintauchelements in die Flüssigkeit;
c) Herunterkühlen des Eintauchelements auf mindestens die Gefriertemperatur für eine vorgegebene Zeitdauer über ein Kältegerät, das baulich mit dem Eintauchelement verbunden ist;
und dadurch
d) Herunterkühlen von volumetrischen Teilen der Flüssigkeit, die sich im untergetauchten Zustand des Eintauchelements in der näheren Umgebung desselben befinden, auf die Gefriertemperatur und dadurch
e) Ausbilden eines Eiswürfels, der an dem untergetauchten Eintauchelement anhaftet, aus einem Teil der Flüssigkeit.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind im Wesentlichen dieselben Vorteile wie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Kälteapparat erzielbar.
Bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 29 bis 33.
Vorzugsweise wird die Temperatur und/oder die Größe und/oder die Transparenz des Eiswürfels durch Vordefinieren der Dauer des Herunterkühlens des Eintauchelements geregelt, das in der Flüssigkeit untergetaucht ist.
Vorzugsweise wird die Form des Eiswürfels über die Form des untergetauchten Eintauchelements bestimmt.
Vorzugsweise wird das Eintauchelement nach der Ausbildung des Eiswürfels aus der restlichen Flüssigkeit herausgenommen.
Vorzugsweise wird der Eiswürfel, der an dem Eintauchelement anhaftet, aus dem Eintauchelement herausgenommen, insbesondere um ihn anschließend zu verarbeiten, aufzubewahren oder zum Verzehr zuzubereiten.
Vorzugsweise findet das Herausnehmen des Eiswürfels über ein kurzes Erhitzen von mindestens jenem Teil des Eintauchelements statt, an dem der Eiswürfel anhaftet, sodass eine dünne Eisschicht des Eiswürfels, die diesem Teil unmittelbar benachbart anhaftet, schmilzt und sich der Eiswürfel aus dem Eintauchelement löst.
Weitere Kennzeichen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es zeigen:
Figur 1 eine Teilansicht im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kälteapparats gemäß einer ersten Ausführung mit wesentlichen Bauteilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln;
Figur 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Figur 1 ; und
Figur 3 eine Teilansicht im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kälteapparats gemäß einer zweiten Ausführung mit wesentlichen Bauteilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln.
In Figur 1 ist eine Teilansicht im Querschnitt eines Kältegeräts 10 gemäß einer ersten Ausführung dargestellt. In dieser Zeichnung sind außerdem wesentliche Bauteile einer Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln erkennbar, die in den erfindungsgemäßen
Kälteapparat 10 eingegliedert sind. Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Kälteapparats 10 entlang der Linie A-A in Figur 1. Der Kälteapparat ist in diesem Fall als Kühlschrank für den Haushalt und/oder Gefrierschrank gestaltet. Der Kälteapparat 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das u.a. eine äußere Beschichtung 14, eine Isolierschicht 16 und eine innere Beschichtung 18 aufweist. In dem Gehäuse 12 sind Kältekammern 20 (von denen in Figur 1 nur eine erste Kältekammer 22 und eine zweite Kältekammer 24 gezeigt sind) und eine Gefrierkammer 26 ausgebildet. Die erste Kältekammer 22 ist in dieser Ausführung über der zweiten Kältekammer 24 angeordnet. Die zweite Kältekammer 24 ist über der Gefrierkammer 26 angeordnet. Gemäß der Ausführungsart des Kälteapparats 10 können sich mehr Kältekammern 20 über und/oder unter der Anordnung der Kältekammern 22, 24 und der Gefrierkammer 26 befinden. Anstelle der Gefrierkammer 26 kann eine Kältekammer vorgesehen sein, die für eine Kühltemperatur von ungefähr 0 0C ausgelegt sein kann.
Die Kältekammern 20, 22, 24 und die Gefrierkammer 26 sind durch Trennungen oder Trennwände 28 voneinander getrennt. Die Trennwände 28 verlaufen zwischen den Seitenwänden 30 des Kälteapparats 10. Die Seitenwände 28 weisen gleicherweise die Isolierschicht 16 auf. Es ist in diesem Fall nicht notwendig, dass die Seitenwände 28 zwischen den Kältekammern 20, 22, 24 vollständig geschlossen sind. Es kann jede Trennwand benutzt sein, die zum Trennen der jeweiligen Kältekammern voneinander und beispielsweise auf bereits bekannte Art und Weise zum hermetischen Schließen durch Abdichtungslippen der Seitenwände und einer Tür des Kälteapparats 10 geeignet ist. Damit können die Kältekammern derart angeordnet sein, dass sich Kältekammern mit einer etwas höheren Temperatur über den Kältekammern mit einer etwas niedrigeren Temperatur befinden, sodass ein Wärmefluss von unten nach oben, der unmöglich zu vermeiden ist, keinen Einfluss auf die Konservierbarkeit der aufbewahrten Produkte hat.
Der Kälteapparat 10 weist außerdem eine Kompressionskältemaschine 32 sowie ein Kältegerät 34 auf. Das Kältegerät 34 ist in diesem Fall eine thermoelektrische Kältemaschine 34. Von der Kompressionskältemaschine 32, die eine handelsübliche Kompressionskältemaschine zum Gebrauch in einem Kälteapparat für den Haushalt ist, ist nur ein Verdampfer 36 dargestellt. Der Verdampfer 36 ist in einer der Seitenwände 30 des Kälteapparats 10 angeordnet. Die thermoelektrische Kältemaschine 34 weist mindestens ein Peltier-Element 38, einen Kühlkörper 40 und ein örtliches Thermobrückenelement 42 auf. Anstelle des Peltier-Elements 38 ist alternativ jegliches andere Bauteil oder jegliche andere Vorrichtung nutzbar, das bzw. die dieselbe Funktion erfüllt oder zum Transportieren von Wärme mit Erfolg von einer Stelle an eine andere geeignet ist.
Ein Peltier-Element ist ein Bauteil, das bei Stromfluss eine Temperaturdifferenz oder bei Temperaturdifferenz einen Stromfluss erzeugt. Dazu sind zwei Metalle der Leitungsbänder mit verschiedener Energie in Kontakt. Wird ein Strom durch die zwei hintereinander liegenden Kontaktstellen geleitet, wird Wärmeenergie an einer der Kontaktstellen aufgenommen. Infolgedessen kommt es an dieser Kontaktstelle zu einer Abkühlung. An der anderen Kontaktstelle wird die Wärmeenergie abgegeben. An dieser Kontaktstelle kommt es infolgedessen zu einer Wärmezunahme. Es wird dann die warme Stelle abgekühlt, beispielsweise durch das Wärmetauschelement, wodurch die Stelle, die abgekühlt wird, noch kälter wird.
Die thermoelektrische Kältemaschine 34 ist derart in der Seitenwand 30 angeordnet, dass sich der erste Kühlkörper 40 in einem Bereich der Gefrierkammer 26 in der Seitenwand 30 befindet und das Peltier-Element 38 in einem Bereich der zweiten Kältekammer 24 in der Seitenwand 30. Dadurch ist der Kühlkörper 40 und das Peltier-Element 38 unter oder über der Trennwand 28 zwischen der zweiten Kältekammer 24 und der Gefrierkammer 26 in der Seitenwand 30 angeordnet. Das Thermobrückenelement 42 ist derart an der warmen Seite des Peltier-Elements 38 angeordnet, dass es sich wie das Peltier-Element 38 in der Seitenwand 30 befindet, die kühlende Seite des Peltier-Elements 38 jedoch der zweiten Kältekammer 24 zugewandt ist.
Das Thermobrückenelement 42 verläuft wärmeleitend von dem Peltier-Element 38 durch die Seitenwand 30 zum Kühlkörper 40. Auf diese Art und Weise ist das örtliche Thermobrückenelement 42 vorgesehen, d.h. begrenzt beabstandet, und es wirkt dadurch als eine Art Verlängerung der warmen Seite des Peltier-Elements 38.
An der kühlenden Seite des Peltier-Elements 38 ist ein plattenförmiger Grundkörper 44 angeordnet, der aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist. Angrenzend an die Platte 44 ist eine Vielzahl von fingerartigen Eintauchelementen 46 in L-Form angeordnet, die gleichfalls aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt sind und deren jeweilige freien Enden im Prinzip nach unten zeigen. Hohe Wärmeleitfähigkeit bedeutet hier, dass die Wärmeleitfähigkeit des Eintauchelements 46 und der Platte 44 erheblich höher als die des umgebenden Materials oder des Isoliermaterials ist.
Auf diese Art und Weise sind die Eintauchelemente 46 damit baulich und gut wärmeleitend mit der thermoelektrischen Kältemaschine 34 verbunden.
Die Eintauchelemente 46 sind in L-Form ausgebildet und verlaufen im Inneren der zweiten Kältekammer 24. Sie weisen im Prinzip einen horizontalen Verlaufsabschnitt 48 und im Prinzip einen vertikalen Verlaufsabschnitt 50 auf, wobei der Verlaufsabschnitt 50 nach unten, d.h. zur Gefrierkammer 26 hin zeigt. Die Eintauchelemente 46 sind vorzugsweise zylinderförmig und weisen in Figur 1 und 2 an ihrem freien unteren Ende jeweils eine Eisadhäsionsfläche 46a auf. Die Eintauchelemente 46 sind außerdem an einem zur Gefrierkammer hin gerichteten Ende 26 oder Endabschnitt 52 konisch oder sich verjüngend gebildet. Vorzugsweise befindet sich die Eisadhäsionsfläche 46a an diesem konischen oder sich verjüngenden Abschnitt 52, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Position beschränkt ist. Um den Abschnitt 48 ist eine horizontal verlaufende Verkleidung 54 aus einem Isoliermaterial angeordnet.
Die Platte 44 mit den Eintauchelementen 46, die mit dem Peltier-Element 38 verbunden ist, ist derart an der Seitenwand 30 angeordnet, dass unter den fingerartigen Eintauchelementen 46 ein Behälter 56 zur Aufnahme einer verzehrbaren Flüssigkeit 58, die gekühlt oder gefroren werden soll, auf der Trennwand 28 positionierbar ist. Die Flüssigkeit 58, die gefroren werden soll, ist vorzugsweise Wasser, wobei die Erfindung jedoch nicht nur auf Wasser beschränkt ist. Es sind gleicherweise andere verzehrbare oder verbrauchbare Flüssigkeiten, die gefroren werden sollen, oder cremige, pastöse oder geleeartige Flüssigkeiten, wie beispielsweise Fruchtsäfte, Cremes usw., vorstellbar.
Der Kälteapparat 10 weist außerdem Temperatursensoren (nicht dargestellt) zum Ermitteln einer Temperatur in den jeweiligen Kältekammern 20, 22, 24 und der Gefrierkammer 26 auf. Die Temperatursensoren sind mit einer Steuerung oder Regelung zum Vordefinieren oder Abstufen der Temperaturen in den jeweiligen Kältekammern 20, 22, 24 verbunden. Der Kälteapparat 10 weist außerdem elektrische Anschlüsse, nicht gezeigt, sowie eine elektrische Energieversorgung für die thermoelektrische Kältemaschine 34 auf.
Bei dem Kälteapparat 10 ist die Menge an Bauteilen gemäß dem Bedarf an Kältekammern und der Leistung des Kälteapparats ausrichtbar. Es können daher mehrere Kältemaschinen für mehrere Abteilungen zum Erzeugen von mehreren unterschiedlichen Temperaturen in den jeweiligen Kältekammern vorgesehen sein. Außerdem ist die Menge der fingerartigen Eintauchelemente gemäß dem Bedarf an Eiswürfeln, die erzeugt werden sollen, ausrichtbar. Die fingerartigen Eintauchelemente 46 können beispielsweise auch in zwei oder mehr Reihen, beispielsweise auf einer gemeinsamen Seite der Platte oder auf verschiedenen Seiten der Platte und/oder versetzt zueinander angeordnet sein. Die Eintauchelemente 46 können in mindestens einer Ausführung des Kälteapparats gemäß der Erfindung außerdem
in einer Trennwand oder einer Decke des Kälteapparats und von der Decke nach unten verlaufend oder hängend angeordnet sein. In diesem Fall muss die Menge der Peltier- Elemente und Kühlkörper gemäß den jeweiligen Anforderungen angepasst sein. An das Peltier-Element oder die Peltier-Elemente angrenzend können ein oder mehrere Kühlkörper mehr angeordnet sein, besonders wenn sich die fingerartigen Eintauchelemente in einer Kältekammer befinden, die sich weit von der Gefrierkammer entfernt befindet, sodass außerdem das Thermobrückenelement entsprechend größer oder länger bemessen ist.
Der Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit kann außerdem voll in dem Kälteapparat verbleiben. Zu diesem Zweck ist der Behälter, beispielsweise durch einen Drehmechanismus in horizontaler Richtung, zu einer automatischen Füllvorrichtung in der entsprechenden Kältekammer hin drehbar. Außerdem ist es vorstellbar, auf oder in der Trennwand zwischen der Gefrierkammer und über der Kältekammer angeordnet eine Abdeckung vorzusehen, die um eine Achse zu dem fingerartigen Eintauchelement hin angehoben oder elastisch gespannt sein kann. Der Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, die gefroren werden soll, wird auf der Trennwand und der Abdeckung angeordnet, wobei sich die Abdeckung dann auf oder in der Trennwand befindet. Wenn der Behälter herausgenommen wird, dreht sich die Abdeckung dadurch um die Achse zu den Eintauchelementen hin und dient somit als Rampe. Mithilfe der Rampe können die Eiswürfel über eine geeignete Öffnung in der Trennwand zu einer Vorratskammer zur Eiswürfelaufbewahrung gelangen. Eine derartige Vorratskammer kann beispielsweise in der Gefrierkammer untergebracht sein.
Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf Figur 1 und 2 die Funktionsweise des Kälteapparats 10 beschrieben.
In den Kältekammern 20, 22, 24 und der Gefrierkammer 26 ist durch die Kompressionskältemaschine 32 auf bekannte Art und Weise Kälte erzeugt oder werden diese Kammern auf eine vorgegebene Temperatur heruntergekühlt. Dadurch wird die Wärme im Inneren des Kälteapparats durch die Kompressionskältemaschine 32 auf die bereits bekannte Art und Weise über den Kühlkörper 36 transportiert.
Wenn Eiswürfel erzeugt werden sollen, wird der Behälter 56 mit der Flüssigkeit 58, die gefroren werden soll, gefüllt oder bereitgestellt. Die Befüllung kann außerhalb des Kälteapparats 10 von Hand stattfinden. Es ist außerdem vorstellbar, dass in dem Kälteapparat selbst eine Entnahmevorichtung, beispielsweise ein Schwimmerventil oder Kugelventil, für eine Wasserleitung oder andere Getränkebehälterleitungen vorgesehen ist; über diese Entnahmevorrichtung ist der Behälter 56 dann befüllbar. Der Behälter 56 wird
derart auf der Trennwand 28 zwischen der zweiten Kältekammer 24 und der Gefrierkammer 26 unter den fingerartigen Eintauchelementen 46 positioniert, dass die fingerartigen Eintauchelemente 46 mindestens mit ihrer Eisadhäsionsfläche 46a in der Flüssigkeit 58 untergetaucht sind.
Zum Erzeugen der Eiswürfel wird die thermoelektrische Kältemaschine 34 in Betrieb gesetzt. Dazu wird ein elektrischer Strom mit einer derartigen Polung an das Peltier-Element 38 angelegt, dass an der Seite des Peltier-Elements 38 (an der die Platte 44 mit den Eintauchelementen 46 angeordnet ist) mindestens an der Eisadhäsionsfläche 46a eine Abkühlung erzeugt ist. Der Kühlkörper 40 sorgt dafür, dass die Seite des Peltier-Elements 38 noch kälter wird oder schneller abkühlt. D.h., es wird Wärme von den Eintauchelementen 46 oder der Eisadhäsionsfläche 46a abgezogen, die zusammen mit der Wärme, die durch das Arbeiten des Peltier-Elements 38 bewirkt ist, über das Thermobrückenelement 42 zum Kühlkörper 40 oder der Gefrierkammer 26 hin transportiert wird. Es wird in diesem Fall ein Wärmefluss der fingerartigen Eintauchelemente 46 über das Peltier-Element 38 und das Thermobrückenelement 42 zur Gefrierkammer 26 hin angepasst. Die Wärme, die zur Gefrierkammer 26 transportiert wird, und die Wärme in der Gefrierkammer 26 wird über den Verdampfer 36 der Kompressionskältemaschine 32 abgezogen.
Über das Herunterkühlen der Eintauchelemente 46 mindestens auf die Gefriertemperatur der Flüssigkeit 58 gefriert diese im vertikal verlaufenden Abschnitt 50 oder an der Eisadhäsionsfläche 46a. Über die Menge der Flüssigkeit, die in den Behälter 56 gefüllt ist, und die Dauer der Funktion und/oder Leistung der thermoelektrischen Kältemaschine 34 ist die Ausbildung von Eiswürfeln bezüglich der Größe und Form sowie Transparenz regelbar. Es muss nicht die gesamte Flüssigkeitsmenge in dem Behälter 56 gefroren werden, sondern es genügt, dass nur die volumetrischen Teile der Flüssigkeit 58, die sich in der angrenzenden und näheren Umgebung der Eisadhäsionsschicht 46a derart auf die Gefriertemperatur heruntergekühlt werden, dass sich aus einem Teil des Gesamtvolumens der Flüssigkeit 58 ein Eiswürfel mit einer gewünschten Größe ausbildet. Das Volumen des Behälters 56 soll natürlich so klein sein, dass es dem gewünschten Volumen des Eiswürfels, der verfestigt werden soll, entspricht, wobei damit dann das gesamte Volumen der Flüssigkeit 56 gefroren wird. Die an erster Stelle genannte Variante ist infolgedessen bevorzugt.
Wenn sich die Eiswürfel auf die gewünschte Art und Weise gebildet haben, wird die thermoelektrische Kältemaschine 34 abgeschaltet. Der Behälter 56 mit der restlichen, nicht gefrorenen Menge Flüssigkeit 58 kann aus dem Kälteapparat 10 herausgenommen werden.
Oder es wird die Position des Behälters 56 innerhalb des Kälteapparats 10 von Hand oder automatisch geändert. Die übrige Flüssigkeit 58 kann im Bedarfsfall ebenfalls entleert werden. Die verfestigten Eiswürfel haften an den fingerartigen Eintauchelementen 46 oder an der entsprechenden Eisadhäsionsfläche 46a.
Zum Trennen des Eiswürfels von der Eisadhäsionsfläche 46a wird die thermoelektrische Kältemaschine 34 kurzzeitig in Betrieb gesetzt und gleichzeitig ein elektrischer Strom mit einer umgekehrten Polung zu der des elektrischen Stroms, der vorher zum Erzeugen von Eiswürfeln angelegt wurde, an ihr Peltier-Element 38 angelegt. Dadurch wird die Wärmetransportrichtung der thermoelektrischen Kältemaschine 34 umgekehrt, und die fingerartigen Eintauchelemente 46 oder die Eisadhäsionsflächen 46a erwärmen sich. Infolgedessen beginnen die Eiswürfel in dem vertikal verlaufenden Bereich 50 oder der Eisadhäsionsfläche 46a zu schmelzen. Dieses Verfahren wird nur für einen kurzen Zeitraum in Funktion gesetzt, damit lediglich eine ganz dünne Eisschicht der Eiswürfel, die unmittelbar an das jeweilige Eintauchelement 46 oder die jeweilige Eisadhäsionsfläche 46a angrenzt, soweit schmilzt, dass sich der betreffende Eiswürfel aufgrund seines Eigengewichts und der Schwerkraft von der Eisadhäsionsfläche 46a löst. Die konische Ausbildung des Endes 52 unterstützt in diesem Fall die Ablösung. D.h., durch die Umkehrung der Wärmetransportvorrichtung sind die Eiswürfel je nach Bedarf wirksam von dem entsprechenden Eintauchelement 46 oder den entsprechenden Eisadhäsionsflächen 46a „ausstoßbar".
Die Eiswürfel fallen dann von dem fingerartigen Eintauchelement 46 herunter und gelangen direkt oder beispielsweise über eine geneigte Rinne in einen Behälter für Eiswürfel, der unter den Eintauchelementen 46 angeordnet ist. Der Behälter für Eiswürfel kann dann aus dem Kälteapparat herausgenommen, zum späteren Gebrauch der Eiswürfel angeordnet oder in der Gefrierkammer 26 zur Aufbewahrung angeordnet werden.
Figur 3 zeigt eine Teilansicht im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kälteapparats 10 gemäß einer zweiten Ausführung mit wesentlichen Bauteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Eiswürfeln. Gleiche Bauteile wie in Figur 1 und 2 sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es sind lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Im Fall des Kälteapparats 10 gemäß der zweiten Ausführung, der beispielsweise ein Kälteapparat für den Haushalt ist, ist der Kühlkörper 40 derart direkt an das Peltier-Element 38 angrenzend angeordnet, dass die Nutzung des Thermobrückenelements 42 entfällt. In
der Seitenwand 30, an der die thermoelektrische Kältemaschine 34 angeordnet ist, und in der Trennwand 28 zwischen der zweiten Kältekammer 24 befinden sich hohle Abteilungen 60, 62 miteinander in Verbindung. In der hohlen Abteilung 62, in der Trennwand 28, ist direkt der Verdampfer 36 der Kompressionskältemaschine 32 oder ein Wärmetauscher angeordnet, der mit dem Verdampfer 36 in Verbindung ist.
Die Trennwand 28 weist an der Seite, die der zweiten Kältekammer 24 zugewandt ist, Öffnungen oder Spalte 64 auf. Durch diese Spalte 64 kann Luft zum Verdampfer 36 und von dort in die hohle Abteilung 60 in der Seitenwand 30 gelangen. In der Seitenwand 30 befinden sich im Bereich der Gefrierkammer 26 ebenfalls Öffnungen oder Spalte 66.
Im Fall des Kälteapparats 10 ist die Menge der Bauteile gemäß den notwendigen Kältekammern und der Leistung des Kälteapparats anpassbar. Es können daher mehrere thermoelektrische Kältemaschinen für mehrere Abteilungen zum Erzeugen von mehreren unterschiedlichen Temperaturen in den jeweiligen Kältekammern vorgesehen sein. Außerdem ist die Menge der fingerartigen Eintauchelemente 46 gemäß dem Bedarf an Eiswürfeln, die erzeugt werden sollen, ausrichtbar. Die Eintauchelemente können außerdem in einer Trennwand oder einer Decke desselben nach unten verlaufend oder hängend angeordnet sein. In diesem Fall muss die Menge der Peltier-Elemente und Kühlkörper gemäß den jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Insbesondere kann an dem Peltier- Element oder den Peltier-Elementen ein oder mehrere Kühlkörper mehr angeordnet sein. Der Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit kann außerdem in dem Kälteapparat selbst befüllbar sein. Dazu kann der Behälter in der entsprechenden Kältekammer, beispielsweise über einen Verschiebungsmechanismus, zu einer ortsfesten Füllvorrichtung hin und zur vorherigen Position zurück verschiebbar sein. Gleichermaßen kann eine bewegliche Füllvorrichtung zum automatischen Füllen des Behälters vorgesehen sein.
Außerdem ist es vorstellbar, auf oder in der Trennwand zwischen der Gefrierkammer und über der Kältekammer angeordnet eine Abdeckung vorzusehen, die um eine Achse zu dem fingerartigen Eintauchelement hin angehoben oder elastisch gespannt sein kann. Der Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, die gefroren werden soll, wird auf der Trennwand und der Abdeckung angeordnet, wobei sich die Abdeckung dann auf oder in der Trennwand befindet. Wenn der Behälter herausgenommen wird, dreht sich die Abdeckung dadurch um die Achse zu den Eintauchelementen hin und dient somit als Rutsche/Rinne. Über die Rutsche/Rinne können die Eiswürfel über eine geeignete Öffnung in der Trennwand zur Vorratskammer zur Eiswürfelaufbewahrung gelangen, welche sich in der Gefrierkammer befinden kann.
Die Funktionsweise der zweiten Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführung dadurch, dass die Wärme oder Warmluft der zweiten Kältekammer 24 über die Spalte 64 zur hohlen Abteilung 62 und dem Verdampfer 36 gelangt. Im Verdampfer 36 kühlt die Luft ab. Die abgekühlte Luft gelangt dann zu der hohlen Abteilung 60 in der Seitenwand 30. Über diese hohle Abteilung 60 gelangt die abgekühlte Luft einerseits über die Spalte 66 zur Gefrierkammer 26. Andererseits gelangt die Kaltluft zum Kühlkörper 40. Auf diese Art und Weise bilden die hohlen Abteilungen 60 und 62 einen Luftzirkulationskanal aus.
Die Funktionsweise des Peltier-Elements 38 zum Abkühlen oder Erhitzen des Eintauchelements 46 und damit zum Erzeugen von Eiswürfeln und zu einem kurzzeitigen Abtauen der Eiswürfel zum Lösen derselben ist mit der der ersten Ausführung identisch. Beim Betrieb des Peltier-Elements 38 zum Erzeugen von Eiswürfeln wird Kaltluft für ein genügendes Abkühlen des Kühlkörpers 40 herangezogen, und damit wird die Wärme transportiert, die das Peltier-Element 38 erzeugt. Infolgedessen erwärmt sich die Luft im Kühlkörper 40. Die derart erwärmte Luft kann aus dem Kälteapparat 10 hinaus transportiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs der Ansprüche können die erfindungsgemäße Vorrichtung, der erfindungsgemäße Kälteapparat und das erfindungsgemäße Verfahren zudem andere Ausführungsformen als die oben konkret beschriebenen annehmen. Somit kann beispielsweise mindestens ein Peltier-Element außerdem direkt in das Eintauchelement 46 eingegliedert sein. Das Eintauchelement kann gemäß dem Benutzungsfall und der gewünschten Form des Eiswürfels, der erzeugt werden soll, außerdem eine Stabform, Stangenform, Zylinderform, Rohrform, Gitterform oder andere zweckdienliche Form sowie eine Hybridform aus diesen aufweisen. Insbesondere ist es außerdem möglich, das Eintauchelement an seinem freien Ende hohl auszubilden, wo das Eintauchelement somit eine Innenfläche der hohlen Abteilung ausbildet, die die Eisadhäsionsfläche 46a ausbildet. Dadurch sind Eiswürfel mit einer exakt definierten Außenform erzeugbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung oder der erfindungsgemäße Kälteapparat kann außerdem einen Eintauchmechanismus zum gesteuerten, automatischen Eintauchen des Eintauchelements 46 in den Behälter 56 und Auftauchen daraus aufweisen. Darüber hinaus ist das Eintauchelement 46 oder der Grundkörper, an dem es befestigt ist, höhenverstellbar.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, die Beschreibung und die Zeichnungen dienen lediglich einem besseren Verständnis der Erfindung und schränken den Schutzumfang nicht ein.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
10 Kälteapparat
12 Gehäuse
14 äußere Beschichtung
16 Isolierschicht
18 innere Beschichtung
20 Kältekammern
22 erste Kältekammer
24 zweite Kältekammer
26 Gefrierkammer
28 Trennung
30 Seitenwände
32 Kompressionskältemaschine
34 Kältegerät
36 Verdampfer
38 Peltier-Element
40 Kühlkörper
42 Thermobrückenelement
44 Platte
46 Eintauchelement
46a Eisadhäsionsfläche von 46
48 horizontal verlaufender Abschnitt
50 vertikal verlaufender Abschnitt
52 Endabschnitt
54 Verkleidung
56 Behälter
58 Flüssigkeit
60 hohle Abteilung
62 hohle Abteilung
64 Öffnung
66 Öffnung