EP2265870A1

EP2265870A1 - Verfahren zur herstellung von eisstücken

Info

Publication number: EP2265870A1
Application number: EP09722375A
Authority: EP
Inventors: Stefan Holzer
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-12-29
Also published as: DE102008014887A1; RU2010139990A; WO2009115454A1; CN101978231A; US20110011103A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisstücken, mit einem ersten Schritt (S1) des Befüllens einer Form mit Wasser, einem zweiten Schritt (S2) des Kühlens des Wassers mittels eines durch einen Verdichter betriebenen Kälteerzeugers mit einer Anfangsverdichterleistung und einem dritten Schritt (S3) des Reduzierens der Verdichterleistung zu einem Zeitpunkt nach dem Beginn des Gefrierens des Wassers. Diese Verfahrensschritte dienen der Herstellung von Eisstücke aus Wasser in energieeffizienter Weise. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren einen vierten Schritt (S4) des Abschaltens des Verdichters, nachdem die Eisstücke aus dem Wasser erzeugt sind, einem fünften Schritt (S5) des Belassens der Eisstücke in der Form für einen Ruhezeitabschnitt und einem sechsten Schritt (S6) des Beheizens der Form zum Antauen der Eisstücke für ein erleichtertes Lösen der Eisstücke von der Form, nach dem Ende des Ruhezeitabschnitt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Eisstücken

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisstücken.

Bekannt sind Eisbereiter zum Einbau in Haushaltskältegeräte, beispielsweise aus der DE 10 2005 003 237 A1 , bei denen die tiefen Temperaturen eines Gefrierfachs des Haushaltskältegerätes genutzt werden, um das Wasser zu Eisstücken zu gefrieren. Dazu wird eine Schale mit Wasser gefüllt und in das Gefrierfach gestellt. In der kalten Umgebung des Gefrierfachs kühlt das Wasser langsam ab und gefriert zu Eisstücken. Die Dauer bis aus dem Wasser Eisstücke geworden sind beträgt dabei im Allgemeinen mehr als 30 Minuten.

Ein anderes Verfahren Eisstücke zu erzeugen besteht darin, Wasser in einem Behälter vorzuhalten, in den mittels eines Kühlmediums aktiv gekühlte Metallfinger ragen. Die Eisstücke entstehen durch eine Eisschicht, die an den in das Wasser eingetauchten Metallfingern aufwächst. Eine diesbezügliche Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 03/054458 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Eisstücke aus Wasser energieeffizient herzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur energieeffizienten Herstellung von Eisstücken, weist zumindest die folgenden Schritte auf:

- Befüllen einer Form mit Wasser;

- Kühlen des Wassers mittels eines durch einen Verdichter betriebenen Kälteerzeugers mit einer Anfangsverdichterleistung;

- Reduzieren der Verdichterleistung zu einem Zeitpunkt nach dem Beginn des Gefrierens des Wassers. Mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten wird zur Herstellung von Eisstücken deutlich weniger Energie benötigt, als mit den herkömmlichen Verfahren. So wird für die Erzeugung von Eis aus einer Masse von 1 kg Wasser durch Einstellen einer Schale mit Wasser in ein Gefrierfach eines üblichen Haushaltskältegerätes (z.B. nach DE 10 2005 003 237 A1 ) eine Energie von mehr als 0,4 kWh benötigt. Für die Erzeugung von Eis aus einer Masse von 1 kg Wasser durch Aufwachsen einer Eisschicht an gekühlten Metallfingern (z.B. nach WO 03/054458 A1 ) wird eine Energie von mindestens 0,27 kWh benötigt.

Der erfindungsgemäße Vorteil der besseren Energieeffizienz zeigt sind insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung zur aktiven Erzeugung von Eis in Haushaltsgeräten, die wenigstens eine Form zur Aufnahme von zu gefrierenden Wasser aufweist, deren dem Wasser zugewandte Innenwand an einen Kälteerzeuger angeschlossen ist. Bei einer derartigen Vorrichtung wird im Unterschied zum Stand der Technik die Wärme nicht über gekühlte Metallfinger, sondern über die gekühlte Formwand abgeführt. Die Vorrichtung zur aktiven Erzeugung von Eis in Haushaltsgeräten kann wenigstens eine Wasserschale umfassen, in welcher das zu kühlende Wasser aufbewahrt wird, wobei die Wasserschale eine Wand aufweist, die durch direkten Kontakt mit wenigstens einem Kältemittelkanal kühlbar ist.

Die Vorrichtung lässt sich treffend wie folgt beschreiben. Eine Schale wird durch wenigstens einen Kühlmittelkanal gekühlt. Dabei kann die Schale eine Eisschale mit inneren Kältemittelkanälen sein, die durch Bohren oder die Gießform bestimmt sind. Sie kann aber auch eine Schale sein, die einen vorzugsweise ebenen Boden aufweist, welcher mit einem flächigen Verdampfer wie z.B. einer Rollbond-Platine Wärme leitend verbunden ist. Es kann aber auch eine massive Schale mit halboffenem U-förmigen Kanälen auf der Unterseite sein, in die ein Kältemittel führendes Rohr eingepresst wurde. Weiterhin kann die Vorrichtung Schalenzwischenwände aufweisen, welche die einzelnen Eisstücke von- einander trennen. Die Kältemittelkanäle liegen unterhalb der Schale, und werden durch ein U-förmiges Rohr gebildet. Grundsätzlich können auch die Zwischenwände hohl ausgebildet sein und Kältemittel führen, dies ist aber aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Schale nicht erforderlich. Die Schale kann aus Aluminium sein, es sind aber auch hochwärmeleitfähige insbesondere metallische Materialen, wie auch Kunststoffe einsetz- bar. Dabei erlaubt die hohe Wärmeleitfähigkeit einen größeren Abstand zwischen Wasser und Kältemittelkanal. Die Vorrichtung ist aber auch mit einem Material mit einer schlechte- ren Wärmeleitfähigkeit realisierbar, hierbei wäre es sinnvoll, mehrere, bevorzugt komplex geformte Kanäle vorzusehen, z.B. in den Zwischenwänden. Die Vorrichtung kann Auswerfer aufweisen, so dass die Schale bspw. aus Sicherheitsgründen feststehen montiert kann. Werden flexible Kältemittelleitungen verwendet, kann die Schale gedreht werden, so dass keine Auswerfer erforderlich sind. Die Vorrichtung zur aktiven Erzeugung von Eis gewährleistet eine hohe Gefrierleistung bei gleichzeitig effektiver Energieausnutzung und geringem Raumbedarf.

Die soeben beschriebene Vorrichtung weist gegenüber der Kühlung mittels Finger, die in das Wasser eintauchen, eine größere Kontaktfläche zwischen Kühleinrichtung und Wasser auf, so dass die Wärmeübertragung vom Wasser auf die Form verbessert ist. Als Form wird nach der Erfindung jede Aufnahme für das Wasser verstanden, welche eine gewisse Wassermenge aufnimmt, die zu Eis gefroren werden soll. Je nach gewünschter Konturform für das Eisstück, kann die Form unterschiedlich gestaltet sein. Die Form kann insbesondere schalenförmig, z.B. halbkugelförmig oder kreisscheibenabschnittsförmig sein. Die Kühlung erfolgt dabei über die schalenförmige Wand der Aufnahme für das Wasser.

In einer beispielhaften Anordnung einer solchen Vorrichtung wurde die benötigte elektrische Leistung ermittelt, die notwendig ist, um 100 Gramm Wasser zu Eis zu gefrieren. Die Vorrichtung umfasst neben der Form, d.h. Schale welche das Wasser aufnimmt, einen elektrischen Kälteerzeuger, der einen Verdichter aufweist, dessen Verdampferseite mit der Form bzw. der Schale verbunden ist. Die Vorrichtung wurde zunächst mit einem üblichen Verfahren betrieben. Bei der aktiv gekühlten Schale beginnt der Gefriervorgang an der Schalenoberfläche, d.h. die Eisstücke frieren von außen nach innen zu. Bei maximaler Verdichterleistung beginnt der Gefriervorgang ca. 3 Minuten nach dem Einfüllen des Wassers. Die Anfangstemperatur des Wasser beträgt 20° Celsius. Um ein möglichst schnelles Gefrieren zu erreichen, wird ein starker elektrischer Verdichter benötigt. In der beispielhaften Anordnung wurde ein Verdichter des Typs VEM Z 5C verwendet, der bei seiner maximalen Drehzahl bei einer Verflüssigungstemperatur von 45° Celsius und einer Verdampfertemperatur von minus 20° Celsius eine Kälteleistung von 146 Watt zur Verfügung stellt. Die Leistungsziffer dieser Kältemaschine (COP - coefficient of Performance) beträgt an seinem Betriebspunkt 1 ,81. Der COP, d.h. das Verhältnis von Kälteleistung zu aufgewandter elektrischer Leistung beschreibt die energetische Effizienz des Systems. Diese Leistungsziffer ist, eine bestimmte Qualität der technischen Ausrüstung vorausgesetzt, dabei hauptsächlich eine Funktion des Temperaturhubes zwischen bereitgestellter Nutzkälte am Verdampfer und der freigesetzten Abwärme am Kondensator. Je höher der COP umso besser die Energieeffizienz. Ein COP von 3,6 oder größer entspricht bspw. bei Kühlgeräten der Energieeffizienzklasse A.

Bei maximaler Leistung benötigt die beispielhafte Anordnung für einen komplette Zyklus für das Gefrieren von 100 Gramm Wasser zu Eis mit anschließendem Antauen und Auswerfen der Eisstücke ca. 15 Minuten. Dabei werden ca. 0,02 Kilowattstunden (kWh) elekt- rischer Energie verbraucht. Bezogen auf 1 Kilogramm Wasser bzw. Eis sind das 0,2 kWh/kg. Die beispielhafte Anordnung benötigt somit gegenüber dem bekannten Einstellen einer Schale mit Wasser in ein Gefrierfach mit ca. 0,4 kWh/kg und der Kühlung mittels Metallfingern mit ca. 0,27 kWh/kg bereits deutlich weniger Energie.

Eine Abschätzung zeigt jedoch, dass für dieses System im günstigsten Fall nur ca. 0,15 kWh/kg erforderlich wären, d.h. gegenüber den ermittelten 0,2 kWh/kg könnten weitere 0,05 kWh/kg eingespart werden, was immerhin einer Energieersparnis von 25% entspricht. Aus den Kenngrößen der beispielhaften Anordnung lässt sich die theoretisch erforderliche Mindestmenge an Energie berechnen:

Material Masse TSTART TEND ssppeezziiffiisscche Wärme Wärmemenge bzw. Vorgang [g] [°C] [°C] [J/g] bzw gK] Q [J] Q [Wh]

Alutray u.Verdampfer 800 4 -10 0,896 10035 2,8

Wasser 100 20 0 4,18 8360 2,3

Erstarrung 100 0 0 335,00 33500 9,3

Unterkühlung Eis 100 0 -10 2,10 2100 0,6

Summe der theoretisch erforderlichen Energie für 100g Wasser/Eis: 15,0 [Wh] Die Effizienz des Gefriervorgangs beträgt damit 0,15 kWh/kg. Theoretisch könnte der Verbrauch an elektrischer Energie noch darunter liegen, wenn die vom Verdichter mit einem COP größer 1 erzeugte Kälteleistung verlustfrei in die Form d.h. die Aluminiumschale (Alutray) eingebracht werden könnte. Im realen Aufbau wird aber stets ein zumindest kleiner Teil der Kälteleistung an die Umgebung verloren gehen.

Bei der obigen Betrachtung ist jedoch noch die Energie für das Antauen der Eisstücke unberücksichtigt, d.h. diejenige Energie, die erforderlich ist, um die Form (Alutray und Verdampfer) von minus 10 Grad Celsius auf eine Temperatur über Null Grad Celsius zu erwärmen, so dass die Eisstücke antauen und aus der Form gelöst werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der im Folgenden beschriebenen Erkenntnis. Bei der aktiv gekühlten Schale beginnt der Gefriervorgang an der Schalenoberfläche, d.h. die Eisstücke frieren von außen nach innen zu. Bei maximaler Verdichterleistung beginnt der Gefriervorgang ca. 3 Minuten nach dem Einfüllen des Wassers. Die Anfangstemperatur des Wasser beträgt 20° Celsius. Der Wärmetransport von der Erstarrungsfront zur Verdampferfläche (Formwand) wird durch die sich bildende Eisschicht zunehmend behindert. Dies liegt einerseits an der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Eises und ande- rerseits daran, dass die wirksame Oberfläche für den Wärmetransport aus dem Wasser d.h. die Oberfläche der Erstarrungsfront, aufgrund der zunehmenden Eisschichtdicke stetig abnimmt. Deshalb sinkt die Verdampfungstemperatur des Kältemittels und die verfügbare Kälteleistung d.h. die die Leistungsziffer (COP) des Verdichters nimmt ab. Nach weiteren 8 bis 9 Minuten, also bei Zyklusminute 11 bis 12 sind bereits mehr als 90% des Wassers gefroren. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verdampfer bereits kälter als minus 15 Grad Celsius. Erst nach weiteren 2 bis 3 Minuten, also bei Zyklusminute 13 bis 15 ist auch das restliche Wasser in der Mittel des Eisstücks gefroren. Durch die sehr tiefe Temperatur muss die Form bzw. der Aluschale bei dem abschließenden Antauen der Eisstücke von minus 15 Grad Celsius auf über Null Grad Celsius erwärmt werden. Dieser Vorgang benö- tigt insbesondere wegen der begrenzten Leistung einer Heißgasabtauung ca. 2 bis 3 zusätzliche Minuten. Insgesamt betrachtet verlängert sich der Gefriervorgang bei Berücksichtigung des deutlich verminderten Energieverbrauchs nur unwesentlich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ab dem Beginn des Gefrierens die Verdichterleistung reduziert. Dies hat zur Folge, dass die Form, d.h. die Aufnahme des Wassers bzw. der Alutray nicht unnötig tief abgekühlt wird. Bei der beispielhaften Anordnung wird durch die Reduzierung der Verdichterleistung zu einem Zeitpunkt nach dem Beginn des Gefrierens des Wassers ein Absinken der Temperatur der Form oder Trays unter minus 15 Grad Celsius verhindert. Es hat sich gezeigt, dass trotz verringerter Verdichterleistung der Gefriervorgang des Wassers zu Eis nicht merklich verzögert bzw. verschlechtert wird. Gleichzeitig ist bei dem anschließenden Antauen der Eisstücke die Form bzw. der Tray nur aus einer weniger tiefen Temperatur (ca. minus 12 Grad Celsius statt minus 22 Frad Celsius) auf über Null Grad Celsius zu erwärmen, so dass auch weniger Energie für das Erwärmen bzw. das Antauen der Eisstücke erforderlich ist.

Die Verdichterleistung kann unmittelbar nach Beginn des Gefrierens des Wassers reduziert werden. Vorzugsweise ist die Verdichterleistung zumindest solange unter einer ho- hen und insbesondere maximalen Anfangsverdichterleistung zu betreiben bis die Erstarrungswärmemenge abgeführt ist. Die größte Energieeinsparung ergibt sich folglich, wenn unmittelbar danach die Verdichterleistung reduziert wird. Jedoch kann eine gewisse Energieeinsparung auch dann erreicht werden, wenn erst eine bestimmte Zeit später die Verdichterleistung reduziert wird. Dies liegt auch im Rahmen der Erfindung, wobei bei einer solchen, weniger energieeffizienten Ausführungsform gleichwohl Gebrach von der erfindungsgemäßen Lehre der Reduzierung der Verdichterleistung gemacht wird.

Die Verdichterleistung kann auf eine minimale Verdichterleistung des jeweils verwendeten Verdichters des Kälteerzeugers reduziert werden. So kann die Verdichterleistung im beschriebenen Beispiel (Verdichter Typ VEM Z 5C) von 146 Watt Kälteleistung auf 74 Watt, bei einer Verdampfungstemperatur von minus 15 Grad Celsius und einer Verflüssigertemperatur von 35 Grad Celsius bei einem COP von 2,75, reduziert werden. Durch eine verminderte Temperaturdifferenz wird auch der COP des Verdichters verbessert.

Die Verdichterleistung kann allgemein definiert also auf ca. 50% der Anfangsverdichterleistung reduziert werden. Die Reduzierung der Verdichterleistung kann abweichend von genau 50% in einem Rahmen erfolgen, der die erfindungsgemäßen Vorteile weiterhin sicherstellt, also insbesondere zwischen 40% und 60% oder sogar darüber hinaus gewählt werden.

Der Zeitpunkt der Reduzierung der Verdichterleistung kann in Abhängigkeit der Bauart einer Vorrichtung zum Herstellung von Eisstücken, insbesondere aus einer empirischen Bestimmung, fest vorgegeben werden. Dazu kann in Versuchen mit der jeweiligen Vorrichtung der Zeitpunkt bestimmt werden, an dem das Wasser zu gefrieren beginnt. Dieser Zeitpunkt, d.h. die Zeitdauer ab Beginn eines verfahrensgemäßen Zyklus kann dann in einer insbesondere elektrischen Steuerung einer Vorrichtung zum Herstellung von Eisstücken implementiert werden.

Alternativ kann aber auch während des Verfahrens ein Signal erzeugt werden, welches insbesondere die elektrische Steuerung der Vorrichtung zum Herstellung von Eisstücken veranlasst, die Verdichterleistung zu reduzieren. Der Beginn der Reduzierung der Verdichterleistung kann insbesondere aufgrund einer Messung der Temperatur der Form d.h. der Schale in der sich das zu Eisstücken gefrierende Wasser befindet, bestimmt oder gesteuert werden. Vorstellbar sind jedoch auch andere Sensoren, die einen Erstarrungsbeginn des Wasser bestimmen können.

Beispielsweise kann die Reduzierung der Verdichterleistung dann erfolgen, wenn die gemessene Temperatur der Form d.h. des Trays eine vorgegebene Solltemperatur erreicht hat. Als Solltemperatur kann insbesondere eine Temperatur unterhalb von minus 10 Grad Celsius, insbesondere von minus 12 Grad Celsius vorgegeben werden.

Die Form bzw. der Tray wird auch mit verminderter Verdichterleistung weiterhin deutlich unter den Gefrierpunkt des Wassers von Null Grad Celsius abgekühlt und zwar typischer Weise auf bis zu minus 15 Grad Celsius. Um beim Antauen der Eisstücke nicht zu lange heizen zu müssen, wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, am Ende des Gefriervorgangs, also wenn aus dem Wasser die gewünschten Eisstücke erzeugt sind, den Verdichter abzuschalten und eine Zeitdauer abzuwarten, bevor ein Heizen der Form bzw. des Trays zum Antauen der Eisstücke begonnen wird.

Ein solches Verfahren würde sich den Verfahrensschritten nach Anspruch 1 anschließen und die folgenden weiteren Schritte beinhalten: - Abschalten des Verdichters, nachdem die Eisstücke aus dem Wasser erzeugt sind, - Belassen der Eisstücke in der Form für einen Ruhezeitabschnitt, - Beheizen der Form zum Antauen der Eisstücke für ein erleichtertes Lösen der Eisstücke von der Form, nach dem Ende des Ruhezeitabschnitt.

Der Ruhezeitabschnitt kann zwischen 1 und 3 Minuten, insbesondere 2 Minuten betragen.

In der Zeitdauer des Abwartens nachdem der Verdichter abgeschaltet ist, d.h. während des Ruhezeitabschnitts erwärmt sich die Form oder Schale bzw. der Tray selbstständig, d.h. insbesondere durch den Einfluss der Umgebungstemperatur, beispielsweise auf ca. minus 5 Grad Celsius. Während der Erwärmung der Form von ca. minus 15 Grad Celsius auf minus 5 Grad Celsius schreitet der Gefriervorgang in der Mitte des Eisstückes weiter voran, so dass beispielsweise der Verdichter auch geringfügig vor Erreichen des Durch- frierens der Einsstücke bereits abgeschaltet werden könnte. Da die Form zu Beginn des Heizvorgangs nicht mehr so kalt ist, verkürzt sich die Antaudauer erheblich, d.h. beispielsweise um ca. 1 Minute. Außerdem wird auch weniger Heizenergie zum Antauen benötigt. Trotz verminderter Verdichterleistung und der Verdichterpause verlängert sich die Zykluszeit insgesamt nur geringfügig, beispielsweise von ca. 15 Minuten auf lediglich ca. 17 bis 18 Minuten. Der Zyklus umfasst dabei sowohl das Einfüllen von Wasser, das Gefrieren zu Eisstücken, das Antauen und Auswerten der fertigen Eisstücke.

Im Gesamtergebnis sinkt die benötigte Energiemenge von ca. 0,2 kWh/kg auf ca. 0,15 kWh/kg, was eine Einsparung von 25% bedeutet. Gegenüber der deutlichen Energieeinsparung ist dabei nur eine geringe Einbuße an der Durchsatzleistung hinzunehmen. Statt bisher ca. 9,6 kg Eis je Tag können immerhin noch ca. 8,0 kg Eis je Tag erzeugt werden. Vorteilhaft ist der deutlich leisere Betrieb aufgrund der reduzierten Verdichterleistung und der Einführung von Ruhezeitabschnitten. Es werden geringere Verdichter- und Ventilatorendrehzahlen benötigt und ein Umschaltgeräusch bei Beginn der Abtauung reduziert. Als Nebeneffekt stellen sich weniger Risse in den erzeugten Eisstücken ein, da das Antauen zum Lösen der Eisstücke aus der Form allmählicher erfolgt. Durch das allmählichere An- tauen mit der vorgelagerten Ruhezeit werden auch die Materialien geschont, d.h. ohne sprunghaften Temperaturanstieg von maximaler Kälteleistung zu maximaler Heizleistung zum Antauen, wird insbesondere die Verbindung zwischen Verdampfer und Form d.h. Alutray mechanisch weniger mit temperaturbedingten Materialspannungen belastet. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur energieeffizienten Herstellung von Eisstücken ist in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt, sowie die Tem- peraturverläufe eines beispielhaften Zyklus der Eiserzeugung mit dieser Vorrichtung erläutert, um die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzuzeigen. Aus der detaillierten Beschreibung dieses konkreten Ausführungsbeispiels ergeben sich auch weitere generelle Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach Anspruch 1 ;

Figur 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach Anspruch 9;

Figur 3 eine Schnittansicht durch eine beispielhafte Vorrichtung zur energieeffizien- ten Herstellung von Eisstücken nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren;

Figur 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Temperaturen während eines erfindungsgemäßen Zyklus.

Fig. 1 veranschaulicht ein Verfahren zur energieeffizienten Herstellung von Eisstücken nach Anspruch 1. Das Verfahren beginnt nach dem Start mit einem ersten Schritt S1 des

Befüllens einer Form mit Wasser. Danach folgt in einem zweiten Schritt S2 das Kühlen des Wassers mittels eines durch einen Verdichter betriebenen Kälteerzeugers mit einer

Anfangsverdichterleistung. Das Verfahren endet mit einem dritten Schritt S3 des Reduzie- rens der Verdichterleistung zu einem Zeitpunkt nach dem Beginn des Gefrierens des Wassers. Nach dem Schritt S3 ist das Verfahren nach Anspruch 1 beendet.

Fig. 2 veranschaulicht ein Verfahren zur energieeffizienten Herstellung von Eisstücken nach Anspruch 9. Das Verfahren beginnt nach dem Start wiederum mit dem ersten Schritt S1 des Befüllens einer Form mit Wasser. Danach folgt im zweiten Schritt S2 das Kühlen des Wassers mittels eines durch einen Verdichter betriebenen Kälteerzeugers mit einer Anfangsverdichterleistung und im dritten Schritt S3 das Reduzieren der Verdichterleistung zu einem Zeitpunkt nach dem Beginn des Gefrierens des Wassers. An diesen dritten Schritt S3 schließt sich sodann ein vierter Schritt S4 des Abschaltens des Verdichters an, nachdem die Eisstücke aus dem Wasser erzeugt sind. In einem fünften Schritt S5 werden die Eisstücke in der Form für einen Ruhezeitabschnitt belassen und in einem sechsten Schritt S6 wird die Form zum Antauen der Eisstücke für ein erleichtertes Lösen der Eisstücke von der Form beheizt, und zwar nach dem Ende des Ruhezeitabschnitt gemäß Schritt S5. Nach dem Schritt S6 ist das Verfahren nach Anspruch 9 beendet.

In Fig. 3 ist eine Form 1 zur Herstellung eines Eisstücks schematisch im Schnitt dargestellt. Eine beispielhafte Vorrichtung zur energieeffizienten Herstellung von Eisstücken nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere mehrere derartiger Formen 1 aufweisen, die analog einer Eiswürfelschale in räumlich geordneter Nähe zu- einander angeordnet sind, insbesondere in einer Baueinheit zusammengefasst sein können. Die Form 1 ist beispielhaft als Aluminiumschale ausgebildet, mit einem Grundkörper 2 aus Aluminium und einer halbschalenförmigen Innenwand 3. In der Form 1 an die Innenwand 3 angrenzend ist eine Eisschicht 4 dargestellt, die in Bildung ist und angrenzend an einer momentan noch verbliebene Wassermenge 5 endet. An der Grenze zwischen Eisschicht 4 und Wassermenge 5 befindet sich eine Erstarrungsfront 6. Aus der Wassermenge 5 fließt eine Wärmestrom, dargestellt als Pfeil 7, zu einer Verdampferplatte 8, die mit einem nicht dargestellten Kälteerzeuger verbunden ist. Die Wärme aus der Wassermenge 5 wird entlang des Wärmestroms (Pfeil 7) in die Verdampferplatte 8 abgeleitet, so dass die Erstarrungsfront 6 mit fortschreitender Kühlung in Fig. 3 nach oben weiter an- wächst, bis die Wassermenge 5 restlos zu Eis erstarrt ist.

In Fig. 4 ist ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Temperaturen während eines erfindungsgemäßen Zyklus für eine Vorrichtung nach Fig. 3 beispielhaft dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Temperaturen ist für 100 Gramm Wasser ausgeführt. Die beiden oberen, überwiegend im Bereich von Plusgraden befindlichen Temperaturlinien stellen die Tempe- raturverläufe im Wasser dar. Der ganz zu oberst dargestellte Temperaturverlauf repräsentiert den Temperaturverlauf über die Zeit des zu gefrierenden Wassers, ohne dem erfindungsgemäßen Verfahren, also ohne Reduzierung der Verdichterleistung. Knapp darunter und teilweise deckungsgleich ist der Temperaturverlauf über die Zeit des zu gefrierenden Wassers mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Die Temperaturen des Was- sers wurden im Zentrum des Wasser bestimmt, also an einem Punkt, an dem zeitlich zuletzt das Gefrieren eintritt. Beide Temperaturverläufe des Wassers starten bei der Minute 0 mit einer Ausgangstemperatur von ca. 20 bis 21 Grad Celsius. In den folgenden Minuten verlaufen beachtlicher Weise beide Temperaturverläufe in nahezu identischer Weise. Erst bei ca. Minute 1 1 , 5 unterscheiden sich die beiden Temperaturverläufe. Der Temperaturverlauf bei andauernder maximaler Verdichterleistung kippt zu diesem Zeitpunkt unter die Null Grad Celsius Grenze, d.h. das Eisstück ist zu diesem Zeitpunkt vollständig durchgefroren. Mit einer erfindungsgemäßen Reduzierung der Verdichterleistung, hier um ca. 50%, kippt der Temperaturverlauf erst bei ca. Minute 13,5 unter die Null Grad Celsius Grenze, d.h. das Eisstück ist zu diesem etwas späteren Zeitpunkt vollständig durchgefroren. Dieser Verlauf verdeutlich den Herstellvorgang der Eisstücke und zeigt auf, dass vollständig durchgefrorene Eisstücke mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Reduzie- rung der Verdichterleistung nur geringfügig später fertig gestellt sind. Die Verzögerung beträgt nur ca. 2 Minuten von insgesamt ca. 15 bis 17 Minuten Gesamtherstelldauer.

In den beiden unteren, überwiegend im Bereich von Minusgraden befindlichen Temperaturlinien der Fig. 4 sind die Verläufe der Temperaturen über die Zeit in der Form, d.h. in einem Aluminiumtray dargestellt. Zunächst starten beide Temperaturverläufe, mit und ohne erfindungsgemäßer Reduzierung der Verdichterleistung, bei ca. 12 bis 13 Grad Celsius der Form. Durch die Zugabe des Wassers von einer Temperatur von ca. 20 bis 21 Grad Celsius erhöht sich zunächst kurzfristig die Formtemperatur auf ca. 15 bis 16 Grad Celsius, um anschließend rapide abzusinken und zwar in beiden Temperaturverläufen aufgrund der maximalen Verdichterleistung bis zur Minute 6,5. Ab der Minute 6,5 zeigt sich in den beiden Temperaturverläufen der wesentliche Unterschied zwischen Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen Verfahren. Während nach dem Stand der Technik auch nach der Minute 6,5 weiterhin mit voller Verdichterleistung gekühlt wird, wird gemäß der Erfindung zu diesem Zeitpunkt die Verdichterleistung reduziert, im Beispielsfall um ca. 50%. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur der Form in einem Zeitabschnitt zwischen Minute 12 und 13 nicht auf einen Wert von ca. minus 20 Grad Celsius absinkt, sondern sich lediglich bei etwa minus 10 Grad Celsius einpendelt. Die Fläche zwischen den Tem- peraturverläufen von maximaler Verdichterleistung und reduzierter Verdichterleistung repräsentiert dabei eine Proportion der Energieeinsparung. Im Temperaturverlauf der maximaler Verdichterleistung ergibt sich bei ca. Minute 13 ein Knick durch die vollständige Abschaltung des Verdichters. Im Temperaturverlauf der reduzierten Verdichterleistung schließt sich zwischen Minute 13,5 und 15,5 eine erfindungsgemäße Verdichterpause an, bevor die Form beheizt wird.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung von Eisstücken, mit den folgenden Schritten: - Befüllen (S1 ) einer Form mit Wasser;

- Kühlen (S2) des Wassers mittels eines durch einen Verdichter betriebenen Kälteerzeugers mit einer Anfangsverdichterleistung;

- Reduzieren der Verdichterleistung (S3) zu einem Zeitpunkt nach dem Beginn des Gefrierens des Wassers.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterleistung unmittelbar nach Beginn des Gefrierens des Wassers reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterleistung auf eine minimale Verdichterleistung des jeweils verwendeten Verdichters des Kälteerzeugers reduziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterleistung auf ca. 50% der Anfangsverdichterleistung reduziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Reduzierung der Verdichterleistung in Abhängigkeit der Bauart einer Vorrichtung zum Herstellung von Eisstücken, insbesondere aus einer empirischen Bestim- mung, fest vorgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Reduzierung der Verdichterleistung aufgrund einer Messung der Temperatur der Form bestimmt oder gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung der

Verdichterleistung dann erfolgt, wenn die gemessene Temperatur der Form eine vorgegebene Solltemperatur erreicht hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Solltemperatur eine Temperatur unterhalb von minus 10 Grad Celsius, insbesondere von minus 12 Grad Celsius vorgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

- Abschalten des Verdichters (S4), nachdem die Eisstücke aus dem Wasser erzeugt sind,

- Belassen der Eisstücke in der Form (S5) für einen Ruhezeitabschnitt, - Beheizen der Form (S6) zum Antauen der Eisstücke für ein erleichtertes Lösen der Eisstücke von der Form, nach dem Ende des Ruhezeitabschnitt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruhezeitabschnitt zwischen 1 und 3 Minuten, insbesondere 2 Minuten beträgt.