EP2556310A1

EP2556310A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von eisstücken und kältegerät, insbesondere haushaltskältegerät mit einer solchen vorrichtung

Info

Publication number: EP2556310A1
Application number: EP11708802A
Authority: EP
Inventors: Bertram Wolf; Bernd Heger
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-02-13
Also published as: CN102844636A; WO2011124440A1; DE102010003828A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Eisstücken (22) durch anwachsendes Anfrieren von Wasser an wenigstens einem unten den Gefrierpunkt des Wassers kühlbaren Eintauchelement (11) mit den Schritten des Bereitstellens eines Behälters (13) mit Wasser; des Vorkühlens, insbesondere thermoelektrisches Vorkühlen des wenigstens einen Eintauchelements (11) unten den Gefrierpunkt des Wassers, insbesondere mittels eines Peltierelements (32), des Eintauchens des vorgekühlten Eintauchelements (11) in das Wasser nach dem Vorkühlen und des Weiterkühlens und Belassens des wenigstens einen Eintauchelements (11) in dem Wasser bis eine gewünschte Menge an Wasser als Eisstück (22) an dem Eintauchelement (11) angefroren ist. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Vorrichtung (9) und ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät (1) mit einer solchen Vorrichtung (9).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken und Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät mit einer solchen Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Eisstücken durch anwachsendes Anfrieren von Wasser an wenigstens einem unten den Gefrierpunk des Wassers kühlba- ren Eintauchelement, sowie eine zugehörige Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken und ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät mit einer solchen Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken.

Aus der WO 2009/010424 A2 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von verzehrbaren Eiswürfeln mit mindestens einem Wärme leitenden Eintauchelement, das mit einer Eisadhä- sionsfläche versehen ist und mit der Eisadhäsionsfläche zum Eintauchen in eine verzehrbare Flüssigkeit geeignet ist bekannt. Ein Kältegerät ist baulich mit dem Eintauchelement verbunden, das mit einer vorgegebenen Wärmetransportvorrichtung zum derartigen Herunterkühlen von mindestens der Eisadhäsionsfläche auf eine Gefriertemperatur der Flüssigkeit derart eingerichtet ist, dass in einem eingetauchten Zustand des Eintauchelements jene Flüssigkeit, die in der näheren Umgebung der Eisadhäsionsfläche vorhanden ist, einfrierbar ist und aus einem Teil der Flüssigkeit auf der Eisadhäsionsfläche ein Eiswürfel ausbildbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken zu verbessern, insbesondere Klareis mit einfachen Mitteln kosten- bzw. energie- effizient herzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von Eisstücken durch anwachsendes Anfrieren von Wasser an wenigstens einem unten den Gefrierpunkt des Wassers kühlbaren Eintauchelement mit den Schritten:

— Bereitstellen eines Behälters mit Wasser; — Vorkühlen, insbesondere thermoelektrisches Vorkühlen des wenigstens einen Eintauchelements unten den Gefrierpunkt des Wassers, insbesondere mittels eines Peltierelements; — Eintauchen des vorgekühlten Eintauchelements in das Wasser nach dem Vorkühlen;

— Weiterkühlen und Belassen des wenigstens einen Eintauchelements in dem Wasser bis eine gewünschte Menge an Wasser als Eisstück an dem Eintauchelement ange- froren ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Eisstücke, insbesondere Klareisstücke mit einer thermoelektrischen Kälteerzeugungseinrichtung hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Vorkühlen des wenigstens einen, insbesondere der mehreren Eintauchelement ermöglicht es, Eisstücke, insbesondere Klareisstücke mit einer Kälteerzeugungseinrichtung herzustellen. Die Kälteerzeugungseinrichtung muss dazu keine hohe Kälteleistung erzeugen können. Es genügt vielmehr eine Kälteerzeugungseinrichtung geringer Kälteleistung. So können insbesondere thermoelektrische Kälteerzeugungseinrichtungen verwendet werden. Die thermoelektrischen Kälteerzeugungseinrichtungen können dabei insbesondere ohne aufwändige Verdichter und Kältemittelkreisläufe auskommen.

Zur Darstellung von Klareisstücken mit einer thermoelektrischen Kälteerzeugungseinrichtung, können folgende Rahmenbedingungen bei der Auslegung und beim Betrieb berücksichtigt werden:

Liegt die Temperatur der Eintauchelemente beim Einfüllen des Wassers in einem günsti- gen Bereich, so kann sich beim ersten Kontakt des Wassers mit den Eintauchelementen zwar durchaus zunächst eine dünne trübe Eisschicht schlagartig bilden. Diese Eisschicht wird jedoch nach einem vollständigen Benetzen der Eintauchelemente mit dem Wasser wieder abgetaut. Die Eiskristallisation setzt anschließend verzögert ein, so dass klare Eisstücke gebildet werden. Sind hingegen die Eintauchelemente während bzw. unmittelbar nach dem Eintauchen in den Wasserbehälter zu kalt, so bildet sich unmittelbar beim Kontakt des Wassers mit den Eintauchelementen an dessen Oberfläche eine trübe Eisschicht, die selbst nach dem voll- ständigen Benetzen der Eintauchelemente mit dem Wasser nicht mehr abschmelzen kann und als Trübung in den Eisstücken sichtbar bleibt.

Sind die Eintauchelemente während bzw. unmittelbar nach dem Eintauchen in den Wasserbehälter zu warm, so wird das Wasser um die Eisfinger herum zu langsam abgekühlt, so dass es zu einer deutlichen Unterkühlung des Wassers kommen kann, ohne das eine Eisbildung beginnt. Die Eisbildung bzw. eine Kristallisation setzt dann nach einiger Zeit schlagartig ein und es bildet sich trübe Eisstücke.

Die Eiskristallisation darf folglich auch bei günstigen Startbedingungen nicht zu schnell ablaufen. Wird eine kritische Wachstumsgeschwindigkeit überschritten, so kann sich das Kristallgitter des Eiskristalls nicht mehr zu klarem Eis ausbilden, weil es zu Einschlüssen und Gitterbaufehlern kommt, welche zu trüben Eis führen.

Bei einem erfindungsgemäßen, thermoelektrischen Eisstückbereiter kann beispielsweise eine Eintauchelemente aufweisende Eisfingerbaugruppe in einen Behälter mit Wasser d.h. eine Wasserwanne, die mit Wasser gefüllt ist, eintauchen. An den einzelnen Fingern gefriert das Wasser und es wachsen Eisstücke. Haben die Eisstücke eine ausreichende Größe erreicht, können die Eisfinger aus dem Wasser genommen bzw. kann die Wasserwanne entfernt werden. Durch ein anschließendes Aufheizen der Eisfingerbaugruppe lösen sich die Eisstücke von den Eisfingern. Anschließend können erneut weitere Eisstücke produziert werden. Die Eisstücke werden an gekühlten Eintauchelementen bzw. Eisfingern hergestellt, die in Wasser eingetaucht sind. Neben einem insbesondere ständigem Bewegen des Wassers, das verhindert, dass Luftblasen und andere störende Stoffe in das Eis eingeschlossen werden, kommt erfindungsgemäß der Temperatur von Eintauchelementen bzw. Eisfingern und der Temperatur des Wassers eine Bedeutung zu. Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Bereitstellen eines Behälters mit Wasser erfolgen, das eine Temperatur zwischen plus fünf Grad Celsius und plus ein Grad Celsius, insbesondere zwischen plus vier Grad Celsius und plus drei Grad Celsius aufweist. Die Wassertemperatur kann also nahe der Nullgrad-Celsiusgrenze liegen, diese jedoch nicht erreichen, d.h. das Wasser soll im plus-Grad-Bereich liegen, damit es nicht einfriert. Andererseits kann es sinnvoll sein, wenn das Wasser nicht wesentlich wärmer ist d.h. nicht mehr als plus 5 Grad Celsius aufweist, um ein Anfrieren von Wasser an den Eintauchelementen nicht unnötig zu verzögern.

Erfindungsgemäß kann wenigstens ein insbesondere thermoelektrisch gekühltes Ein- tauchelement nach einem oder mehrere der folgenden Gesichtspunkte ausgelegt bzw. betrieben werden.

Das Vorkühlen des wenigstens einen Eintauchelements kann auf eine Temperatur zwischen minus fünf Grad Celsius und minus zwanzig Grad Celsius erfolgen. Im Gegensatz zu anderen Verfahren werden die Eintauchelemente dabei nicht in das Wasser einge- taucht und anschließend heruntergekühlt, sondern bereits vor einem Eintauchen auf die verfahrensgemäße Temperatur heruntergekühlt und anschließend in das Wasser eingetaucht. In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann entweder das wenigstens eine Eintauchelement in einen Wasserbehälter hineinbewegt werden, oder das wenigstens eine Eintauchelement ist fest installiert und ein beweglich gelagerter Wasserbehälter wird an das wenigstens eine Eintauchelement herangeführt, so dass das Eintauchelement in das Wasser eintaucht.

Das Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements nach dem Eintauchen kann auf eine Temperatur kleiner gleich Null Grad Celsius erfolgen. Das Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements nach dem Eintauchen kann insbesondere an einer Stelle in Höhe der Wasseroberfläche erfolgen. Nach dem Eintauchen des vorgekühlten Eintauchelements wird erfindungsgemäß das Eintauchelement nicht fortlaufend weitergekühlt, sondern eine Erwärmung über die Eintauchtemperatur zugelassen bzw. erzeugt. Dazu kann entweder die Kälteleistung der Kälteerzeugungseinrichtung reduziert oder eingestellt werden oder ausreichend vorgewärmtes Wasser bereitgestellt werden. Das Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements nach dem Eintauchen kann auf eine Temperatur kleiner gleich minus zwei Grad Celsius erfolgen. Das Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements nach dem Eintauchen kann insbesondere auf eine Temperatur kleiner gleich minus drei Grad Celsius erfolgen. Das Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements nach dem Eintauchen kann auch dabei an einer Stel- le in Höhe der Wasseroberfläche erfolgen. Das Eintauchen des Eintauchelements nach dem Vorkühlen kann in Wasser mit einer Temperatur zwischen plus ein Grad Celsius und plus fünf Grad Celsius erfolgen. Insbesondere kann das Eintauchen des Eintauchelements nach dem Vorkühlen in Wasser mit einer Temperatur zwischen plus drei Grad Celsius und plus vier Grad Celsius erfolgen. Das Wasser kann in Abhängigkeit von bereitgestellter Wassermenge und zu erzeugender Eismenge unterschiedlich temperiert werden. Insbesondere ist das Wasser jedoch derart zu temperieren, dass je nach Temperatur des vorgekühlten Eintauchelements das Eintauchelement nach dem Eintauchen höchstens auf eine Temperatur kleiner gleich Null Grad Celsius oder kleiner gleich minus zwei bzw. minus drei Grad Celsius erwärmen kann.

In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Verfahrens kann ein Erzeugen von 10 bis 20 Gewichtsanteilen Eisstücken aus 100 Gewichtsanteilen Wasser im Behälter erfolgen. Indem nur 10 bis 20 Gewichtsanteilen Eisstücke aus 100 Gewichtsanteilen Wasser erzeugt werden, bleibt stets eine ausreichend große Restmenge an Wasser übrig, dessen Wärme auf die Eisbildungsschicht einwirken kann.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken, weist einen Wasserbehälter mit Wasser, wenigstens ein Eintauchelement, das eingerichtet ist, in das Wasser eingetaucht zu werden, um es an der Oberfläche des Eintauchelements anwachsend anfrieren zu lassen, und eine Kälteerzeugungseinrichtung zum Kühlen des Eintauchele- ments unten den Gefrierpunkt des Wassers auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Kälteerzeugungseinrichtung eine thermoelektrische Kühlvorrichtung, insbesondere ein Peltierelement auf und die Vorrichtung ist eingerichtet, das Eintauchelement mittels der thermoelektrischen Kühlvorrichtung, insbesondere des Peltierelements vor dem Eintauchen vorzukühlen. Durch die Verwendung einer thermoelektrischen Kühlvorrichtung, insbesondere eines

Peltierelements kann mit einer geringen elektrischen Leistung in zuverlässiger Weise und sehr effizient Klareis hergestellt werden.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, die thermoelektrischen Kühlvorrichtung, insbesondere das Peltierelement mit einer Kühlleistung zwischen 10% und 30%, insbesondere 20% seiner Nennkühlleistung zu betreiben. Die Vorrichtung kann auch eine Heizeinrichtung aufweisen, um das Wasser vor dem Eintauchen des Eintauchelements anzuwärmen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Eintauchelement mehrere Grad unter Null Grad Celsius abgekühlt worden sind und/oder wenn nur eine geringe Menge Eisstücke aus einer kleinen Wassermenge er- zeugt werden soll. Ist das Wasser vor dem Eintauchen des Eintauchelements zu kalt, kann es zur Bildung von trüben Blitzeis kommen. Zur Vermeidung von trüben Eisstücken kann deshalb ein Anwärmen des Wasser vor dem Eintauchen des Eintauchelements zweckmäßig sein.

Die Vorrichtung kann einen Vorratsbehälter und eine Leitungsverbindung zum Transpor- tieren von Wasser aus dem Vorratsbehälter in den Wasserbehälter aufweisen und die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das Wasser mittels der Heizeinrichtung in dem Vorratsbehälter angewärmt vorzuhalten und vor dem Eintauchen des Eintauchelements in den Wasserbehälter zu transportieren. Das Wasser kann somit in einem vorgewärmten Vorratsbehälter vorgehalten werden. Dies hat den Vorteil, dass durch den vorgewärmten Vorratsbehälter das Wasser stets eine definierte vorbestimmbare Temperatur aufweist.

Die Vorrichtung kann einen Vorratsbehälter und eine Leitungsverbindung zum Transportieren von Wasser aus dem Vorratsbehälter in den Wasserbehälter aufweisen und die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das Wasser mittels der Heizeinrichtung, insbesondere eines Durchlauferhitzers, während des Transports aus dem Vorratsbehälter in den Was- serbehälter anzuwärmen. Das Wasser kann dabei in dem Vorratsbehälter mit einer beliebigen Temperatur vorgehalten werden. So kann auf ein ständiges Nachwärmen verzichtet werden und Energie, insbesondere elektrische Energie für das Anwärmen gespart werden. Ein Anwärmen erfolgt mit dem Durchlauferhitzer nur bei Bedarf, wenn Wasser aus dem Vorratsbehälter durch die Leitungsverbindung in den Wasserbehälter transportiert wird. Es wird auch nur die gerade benötigte Menge an Wasser erwärmt. So kann auf ein Nachwärmen der gesamten Wassermenge im Vorratsbehälter verzichtet werden und Energie, insbesondere elektrische Energie gespart werden.

Die Leitungsverbindung kann mit einer Pumpe verbunden sein. Die Leitungsverbindung kann insbesondere mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe verbunden sein. Beispiels- weise kann eine bei Haushaltsgeräten bekannte Membranpumpe verwendet werden. Der Wasserbehälter kann zur Aufnahme von 400 bis 600, insbesondere 500 Milliliter Wasser und zur Aufnahme von Eintauchabschnitten von vier Eintauchelementen, insbesondere stiftartigen Eintauchabschnitten mit einer Länge von 30 bis 40, insbesondere 35 Millimeter bei einem Durchmesser von 8 bis 12, insbesondere 10 Millimetern ausgebildet sein.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Wasserbehälter zur Aufnahme von 500 Milliliter Wasser und zur Aufnahme von stiftartigen Eintauchabschnitten von vier Eintauchelementen, mit einer Länge von 35 Millimeter bei einem Durchmesser von 10 Millimetern ausgebildet sein. Erfindungsgemäß kann ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät mit einer beschriebenen Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken ausgestattet sein. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann in das Kühlfach eines Kühlgerätes einer Kühl- und Gefrierkombination eingebaut sein, wobei der Kühlkörper des Eisbereiters sich im Kühlluftkanal des Kühlgerätes befinden kann. Die Abwärme des Eisstückbereiters wird über den Kühlkörper auf den Kühlluftstrom im Kühlluftkanal übertragen.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist an Hand der Figuren 1 bis 4 beschrieben. Aus der detaillierten Beschreibung dieses konkreten Ausführungsbeispiels ergeben sich auch weitere generelle Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung.

Es zeigen Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Haushaltskältegeräts mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken;

Figur 3 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken gemäß Fig. 2 während des Anfrierens von Flüssigkeit an dem wenigstens einen Eintauchelement mit einem Flüssigkeitsbehälter; eine Schnittdarstellung der Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken gemäß Fig. 2 mit einer Heizeinrichtung, um das Wasser vor dem Eintauchen des Eintauchelements anzuwärmen.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Kältegerät 1 weist einen Korpus 2 mit einem Innenbehälter 3 auf. Der Innenbehälter 3 begrenzt einen als Kühlraum 4a und einen als Gefrierraum 4b ausgebildeten Kälteraum 4. Frontseitige Öffnungen des Korpus 2 sind mittels zweier Türblätter 5a und 5b verschließbar. Das rechts dargestellte Türblatt 5a ist über eine Scharnieranordnungen um eine vertikale Achse schwenkbar an dem Korpus 2 gelagert. Das rechte Türblatt 5a weist eine in der geschlossenen Position dem Kühlraum 4a zugewand- te Innenseite 6a auf. An der Innenseite 6a können Türabsteller 7a-e gelagert sein. Im dargestellten Beispiel ist im Kühlraum 4a eine Auszugsplatte 8 in Art einer ausziehbaren Glasplatte 8a angeordnet. Das linke Türblatt 5b ist über eine Scharnieranordnungen um eine vertikale Achse schwenkbar an dem Korpus 2 gelagert. Statt einer einzigen Auszugsplatte 8 bzw. Glasplatte 8a können auch mehrere Auszugsplatten 8 oder Glasplatten 8a im Kühlraum 4a angeordnet sein. Das links dargestellte Türblatt 5b weist eine in der geschlossenen Position dem Gefrierraum 4b zugewandte Innenseite 6b auf. Im dargestellten Beispiel ist im Gefrierraum 4b eine erfindungsgemäße Auszugsplatte 8 in Art einer ausziehbare Glasplatte 8b angeordnet. Statt einer einzigen Auszugsplatte 8 bzw. Glasplatte 8b können auch mehrere Auszugsplatten 8 oder Glasplatten 8b im Gefrierraum 4b angeordnet sein. Das Kältegerät 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung 9 zum Erzeugen von Eisstücken auf.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 9 zum Erzeugen von Eisstücken. An einem Grundträger 10 sind wenigstens ein, im dargestellten Beispiel vier Eintauchelemente 1 1 vorgesehen. Die Eintauchelemente 1 1 sind vorzugsweise starr mit dem Grundträger 10 verbunden. Die Eintauchelemente 1 1 sind mit einer Kälteerzeugungseinrichtung 12 verbunden. Die Eintauchelemente 1 1 sind als vertikal nach unten weisende Kühlfinger ausgebildet. Die Eintauchelemente 1 1 ragen in der gezeigten Betriebsposition d.h. während des Anfrierens von Flüssigkeit an dem wenigstens einen Eintauchelement 1 1 in einen Flüssigkeitsbehälter 13 ein. Der Flüssigkeitsbehälter 13 ist mittels einer Positioniereinrichtung 14 beweg- bar. Der Flüssigkeitsbehälter 13 ist mittels der Positioniereinrichtung 14 insbesondere vertikal, bspw. an einer Linearlagerung 15 aufwärts und abwärts bewegbar. Über einen Hubantrieb 16, der eine Antriebswelle 17 antreibt, an welcher zwei Hebel 18a, 18b befestigt sind, kann der Flüssigkeitsbehälter 13 vertikal bewegt werden. Dazu kann die Positioniereinrichtung 14 zwei Zapfen 19a, 19b aufweisen, mittels derer der Flüssigkeitsbehälter 13, insbesondere geführt durch die Linearlagerung 15 vertikal bewegt wer- den. Die Linearlagerung 15 kann als Führungsnute, insbesondere zwei Führungsnute ausgebildet sein. Der Flüssigkeitsbehälter 13 bildet eine Wasserwanne.

Die Vorrichtung 9 weist einen Auffangbehälter 20 für erzeugte Eisstücke 22 auf. Der Auffangbehälter 20 ist insbesondere in einer Ebene Unterhalb des Flüssigkeitsbehälters 13 angeordnet. Der Auffangbehälter 20 ist insbesondere dem Flüssigkeitsbehälters 13 vorge- lagert. Direkt unterhalb des Flüssigkeitsbehälters 13 ist ein Vorratsbehälter 21 für Restflüssigkeit angeordnet. Der Vorratsbehälter 21 befindet sich im dargestellten Beispiel neben, insbesondere unmittelbar neben dem Auffangbehälter 20.

Der Flüssigkeitsbehälter 13 weist eine, insbesondere nach oben hin offene Einführöffnung 23 auf. Die Einführöffnung 23 ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 von einem Verschluss 24 abgedeckt. Der Verschluss 24 wird dabei im Ausführungsbeispiel von zwei Verschlussklappen 24a und 24b gebildet. Die Verschlussklappen 24a und 24b sind insbesondere schwenkbar an dem Flüssigkeitsbehälter 13 gelagert. Verschlussklappen 24a und 24b können durch Federmittel in die in Fig. 2 dargestellte Schließposition vorgespannt sein. In Fig. 2 ist außerdem eine Zapfstelle 25 für Frischflüssigkeit, insbesondere Frischwasser gezeigt.

Die Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 9 in einer Betriebsposition. In der Betriebsposition werden die Eintauchelemente 1 1 von der Kälteerzeugungseinrichtung 12 unter den Gerierpunkt der Flüssigkeit abgekühlt, so dass Flüssigkeit an dem wenigstens einen Eintauchelement 1 1 anfrieren kann. Sobald der Flüssigkeitsbehälter 13 in einer oberen Auffüllposition ausreichend befüllt ist, wird diese mittels der Positioniereinrichtung 14 ein Stück nach unten bewegt, damit sich das Ventil 28 wieder schießt und die Eisproduktion durch das Gefrieren der Flüssigkeit an den Eintauchelementen 1 1 bzw. den Eisfingern beginnen kann. In der Betriebsposition gemäß Fig. 3 befinden sich die Hebel 18a und 18b der Positioniereinrichtung 14 in ihren mittleren Stellungen d.h. in der Betriebsstellung. Die Eiskristallisationsgeschwindigkeit hängt von der Wärmemenge ab, welche pro Zeiteinheit vom Restwasser abgegeben bzw. von der Eisfingerbaugruppe 30 , d.h. die Vorrichtung, welche die Eintauchelemente 1 1 aufweist, abgeführt werden kann. Die Kühlleistung der Eisfingerbaugruppe 30 hängt wiederum von der Temperatur eines Kühlkörpers 31 und der Pumpleistung der elektrothermischen Kühlvorrichtung 12a, bzw. des Peltiere- lements 32 ab. Der Kühlkörper 31 sollte entsprechend den vorherrschenden Bedingungen in dem Kühlgerät 1 hinsichtlich einer optimalen Kühlleistung ausgelegt werden. Somit kann die abführbare Wärmemenge nur durch die Größe der Eisfingerbaugruppe 30, d.h. durch die Anzahl der Eisfinger bzw. Eintauchelemente 1 1 , dem Durchmesser, der Länge und Eintauchtiefe der Eisfinger bzw. Eintauchelemente 1 1 abhängig von der gewünschten Eisstückgröße und durch die Pumpleistung des Peltierelements 32 gesteuert werden. Da das Peltierelement 32 aber nur mit ca. 20% seiner Leistung betrieben werden soll, ist eine Regelung des Wärmestroms über das Peltierelement 32 nur in geringem Rahmen möglich und sinnvoll. Deswegen kommt der Menge an Wasser und damit der Größe des Wasser- behälters 13 eine vorrangige Bedeutung zu. Die Menge an Wasser soll groß genug sein, damit durch die stetige Wärmeabgabe an die Eisstücke 22 und damit an die Eisfingerbaugruppe 30 die Eiskristallisation auf ein günstiges Maß begrenzt wird. Zu beachten ist hierbei, das nicht nur das absolute Wasservolumen bedeutsam ist, sondern auch die Dimensionierung des Wasserbehälters 13. So sollte zwischen den Eisstücken 22 und dem Was- serbehälters 13 ausreichend Platz vorhanden sein, damit es nicht lokal zu Trübungen durch zu schnelles Eiswachstum kommt.

Die Eiskristallisation kann durch folgenden Ablauf gezielt gestartet werden: Vor der Befüllung des Wasserbehälters 13 wird die Eisfingerbaugruppe 30 auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise minus 5 bis minus 20 Grad Celsius abgekühlt. Dies ist die Vorkühl- phase. Dabei kann leicht eine bestimmte Wärmemenge entzogen werden. Das Wasser gibt beim Einfüllen sehr schnell einen Teil seiner Wärme an die gefrorene Eisfingerbaugruppe 30 ab, wodurch diese sich erwärmt und teilweise auftaut, da das Peltierelement 32 nicht schnell genug die aufgenommene Wärmemenge von der Eisfingerbaugruppe 30 zum Kühlkörper 31 leiten kann. Die Wassertemperatur kann beim Einfüllen mindestens plus 3 bis plus 4 Grad Celsius betragen, damit eine ausreichende Wärmemenge in ausreichender Geschwindigkeit, nur begrenzt durch die Wärmeleitfähigkeit des Wassers und dem Temperaturgefälle zwischen Wasser und Eisfingern von der Eisfingerbaugruppe 30 aufgenommen werden kann. Optimalerweise entzieht die Eisfingerbaugruppe 30 dem Wasser nur soviel Energie, das sich nicht sofort eine Eisschicht bilden kann bzw. diese nach dem vollständigen Befüllen des Wasserbehälters 13 wieder abgetaut ist, sondern erst leicht verzögert die Eiskristallisation einsetzt, wodurch gewährleistet ist, das es nicht zu einer zu schnellen Eisbildung und damit zur Entstehung von trüben Eis kommt. Er- wärmt sich die Eisfingerbaugruppe 30 zu stark, kann es wie beschrieben zu einem stark verzögerten Start der Eisbildung und damit zur Unterkühlung kommen. Wie bereits beschrieben, sollte eine Wassertemperatur beim Einfüllen in den Wasserbehälter 13 von mindestens plus 3 bis plus 4 Grad Celsius vorherrschen, um zuverlässig Klareisstücke 22 herstellen zu können. Bei einer Befüllung des Wasserbehälters 13 mit frischem Leitungs- wasser ist eine ausreichend hohe Wassertemperatur meist gewährleistet. Wird der Wasservorrat für den Eisbereiter aber in einem Tank innerhalb des Kühlfaches aufbewahrt, so wird das Wasser auf die Kühlraumtemperatur abgekühlt, welche je nach Reglerstellung und Position des Wasserbehälters 13 im Kühlfach unter den geforderten plus 3 bis plus 4 Grad Celsius liegen kann, wodurch eine zuverlässige Darstellung von Klareisstücken 22 nicht mehr gewährleistet ist. Wird der Wasservorrat für den thermoelektrischen Eisbereiter in einem Vorratsbehälter 21 innerhalb des Kühlfachs aufbewahrt, so ist eine Wiederverwendung des Restwassers sinnvoll, da bei jedem Eisproduktionszyklus nur ca. 10 bis 20% des in den Wasserbehälter 13 eingefüllten Wassers (ca. 500ml) zu Eisstücken 22 umgewandelt werden soll. Wie in Fig. 4 dargestellt kann das Befüllen des Wasserbehälters 13 über eine Pumpe 33 erfolgen, welche beispielsweise mit einer Heizeinrichtung 34, insbesondere einem kleinen Durchlauferhitzer 34a ausgestattet ist. Die Heizeinrichtung 34 kann mit einer relativ geringen Leistung ausgelegt werden, da das in dem Wasserbehälter 13 einzufüllende Wasser maximal um 3 bis 4 Grad Kelvin erwärmt werden soll, wenn die Wassertemperatur im Vorratsbehälter 21 nahe Null Grad Celsius liegt.

Zur Regelung der Heizeinrichtung 34 kann eine Detektion der Wassertemperatur im Vorratsbehälter 21 sinnvoll sein. Ist die Wassertemperatur im Vorratsbehälter 21 über plus 3 bis plus 4 Grad Celsius, z. B. nach der Befüllung mit frischem Leitungswasser, so wird die Heizeinrichtung 34 beim Befüllen des Wasserbehälters 13 nicht eingeschaltet. Liegt die Temperatur hingegen unter den geforderten plus 3 bis plus 4 Grad Celsius, so kann die Heizeinrichtung 34 abhängig vom Grad der erforderlichen Aufheizung des Wassers verschieden stark betrieben werden. Um das Wasser mittels der Pumpe 33 von dem Vorratsbehälter 21 in den Wasserbehälter 13 zum pumpen, kann eine Leitungsverbindung 35 zwischen dem Vorratsbehälter 21 und Wasserbehälter 13 vorgesehen sein.

Es kann auch der komplette Wasservorrat im Vorratsbehälter 21 ständig auf einer Tempe- ratur von ca. plus 4 Grad Celsius mit einer separaten Heizeinrichtung gehalten werden. Dies hat aber den Nachteil, das deutlich mehr Energie benötigt wird, als bei einem Durchlauferhitzer und zudem müsste zur Verringerung der Wärmeabgabe des Wassers in den Kühlschrankinnenraum der Vorratsbehälter 21 Wärme gedämmt werden, was aber wiederum ungünstig für die rasche Abkühlung von frisch eingebrachtem warmen Leitungs- wasser nach der Befüllung des Vorratsbehälter 21 wäre.

Durch die aufeinander abgestimmte Auslegung der Komponenten des Eisbereiters, der Vorkühlphase und der Wassertemperatur beim Einfüllen in den Wasserbehälter 13 von mindestens plus 3 bis plus 4 Grad Celsius können mit dem thermoelektrischen Eisbereiter optional mit einer ausreichenden Wasserbewegung in dem Wasserbehälter 13 Klareisstü- cke 22 produziert werden. Durch die Befüllung des Wasserbehälters 13 mittels der Pumpe 33 mit integriertem Durchlauferhitzer kann sichergestellt werden, dass die Wassertemperatur beim Befüllen des Wasserbehälters 13 zur Klareisherstellung die erforderliche Mindesttemperatur von plus 3 bis plus 4 Grad Celsius erreicht. Zudem wird nur die benötigte Wassermenge zum richtigen Zeitpunkt im ausreichenden Maße erwärmt. Eine aufwändi- ge, und bei der Abkühlung des Wassers im Vorratsbehälter 21 störende Dämmung kann verzichtet werden.

Der Wasserbehälter 13 sollte zudem ausreichend groß ausgelegt sein, damit an den schmälsten Stellen zwischen Wasserbehälterwand und Eisstücke 22 ausreichend Restwasser vorhanden ist, da es sonst lokal zu Trübungen kommen kann. Würde der Wasser- behälter 13 aber zu groß ausgelegt, dann müsste eine große Wassermenge zur Eisbildung abgekühlt werden, was energetisch ungünstig wäre.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Erzeugen von Eisstücken (22) durch anwachsendes Anfrieren von Wasser an wenigstens einem unten den Gefrierpunkt des Wassers kühlbaren Eintauchelement (1 1 ) mit den Schritten:

— Bereitstellen eines Behälters (13) mit Wasser;

— Vorkühlen, insbesondere thermoelektrisches Vorkühlen des wenigstens einen Eintauchelements (1 1 ) unten den Gefrierpunkt des Wassers, insbesondere mittels eines Peltierelements (32);

— Eintauchen des vorgekühlten Eintauchelements (1 1 ) in das Wasser nach dem Vorkühlen;

— Weiterkühlen und Belassen des wenigstens einen Eintauchelements (1 1 ) in dem Wasser bis eine gewünschte Menge an Wasser als Eisstück (22) an dem Eintauchelement (1 1 ) angefroren ist.

Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Bereitstellen eines Behälters (13) mit Wasser, das eine Temperatur zwischen plus fünf Grad Celsius und plus ein Grad Celsius, insbesondere zwischen plus vier Grad Celsius und plus drei Grad Celsius aufweist.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Vorkühlen des wenigstens einen Eintauchelements (1 1 ) auf eine Temperatur zwischen minus fünf Grad Celsius und minus zwanzig Grad Celsius.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements (1 1 ) nach dem Eintauchen auf eine Temperatur kleiner gleich Null Grad Celsius, insbesondere an einer Stelle in Höhe der Wasseroberfläche.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Erwärmen lassen des vorgekühlten Eintauchelements (1 1 ) nach dem Eintauchen auf eine Temperatur kleiner gleich minus zwei Grad Celsius, insbesondere kleiner gleich minus drei Grad Celsius, insbesondere an einer Stelle in Höhe der Wasseroberfläche.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Eintauchen des Eintauchelements (1 1 ) nach dem Vorkühlen in Wasser mit einer Temperatur zwischen plus ein Grad Celsius und plus fünf Grad Celsius.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Eintauchen des Eintauchelements (1 1 ) nach dem Vorkühlen in Wasser mit einer Temperatur zwischen plus drei Grad Celsius und plus vier Grad Celsius.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Erzeugen von 10 bis 20 Gewichtsanteilen Eisstücken (22) aus 100 Gewichtsanteilen Wasser im Behälter (13).

9. Vorrichtung zum Erzeugen von Eisstücken (22), aufweisend einen Wasserbehälter (13) mit Wasser, wenigstens ein Eintauchelement (1 1 ), das eingerichtet ist, in das Wasser eingetaucht zu werden, um es an der Oberfläche des Eintauchelements (1 1 ) anwachsend anfrieren zu lassen, und eine Kälteerzeugungseinrichtung (12) zum Kühlen des Eintauchelements (1 1 ) unten den Gefrierpunkt des Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteerzeugungseinrichtung (12) eine thermo- elektrische Kühlvorrichtung (12a), insbesondere ein Peltierelement (32) aufweist und die Vorrichtung (9) eingerichtet ist, das Eintauchelement (1 1 ) mittels der ther- moelektrischen Kühlvorrichtung (12a), insbesondere des Peltierelements (32) vor dem Eintauchen vorzukühlen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, die thermoelektrische Kühlvorrichtung (12a), insbesondere das Peltie- relement (32) mit einer Kühlleistung zwischen 10% und 30%, insbesondere 20% seiner Nennkühlleistung zu betreiben.

1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) eine Heizeinrichtung (34) aufweist, um das Wasser vor dem Eintauchen des Eintauchelements (1 1 ) anzuwärmen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) einen Vorratsbehälter (21 ) und eine Leitungsverbindung (35) zum Transportieren von Wasser aus dem Vorratsbehälter (21 ) in den Wasserbehälter (13) aufweist und die Vorrichtung (9) eingerichtet ist, das Wasser mittels der Heizeinrichtung (34, 34a) in dem Vorratsbehälter (21 ) angewärmt vorzuhalten und vor dem Eintauchen des Eintauchelements (1 1 ) in den Wasserbehälter (13) zu transportieren.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) einen Vorratsbehälter (21 ) und eine Leitungsverbindung (35) zum Transportieren von Wasser aus dem Vorratsbehälter (21 ) in den Wasserbehälter (13) aufweist und die Vorrichtung (9) eingerichtet ist, das Wasser mittels der Heizeinrichtung (34), insbesondere eines Durchlauferhitzers (34a), während des Transports aus dem Vorratsbehälter (21 ) in den Wasserbehälter (13) anzuwärmen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsverbindung (35) mit einer insbesondere elektrisch angetriebenen Pumpe (33) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserbehälter (13) zur Aufnahme von 400 bis 600, insbesondere 500 Milliliter Wasser und zur Aufnahme von Eintauchabschnitten von vier Eintauchelementen (1 1 ), insbesondere stiftartigen Eintauchabschnitten mit einer Länge von 30 bis 40, insbesondere 35 Millimeter bei einem Durchmesser von 8 bis 12, insbesondere 10 Millimetern ausgebildet ist.

16. Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät mit einer Vorrichtung (9) zum Erzeugen von Eisstücken nach einem der Ansprüche 9 bis 15.