DE2726954A1

DE2726954A1 - Tiefkuehlgeraet mit kaeltespeicher

Info

Publication number: DE2726954A1
Application number: DE19772726954
Authority: DE
Inventors: Walter Holzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-15
Filing date: 1977-06-15
Publication date: 1979-01-04

Description

Tiefkühlgerät mit Kältespeicher
Die Methode Lebensmittel bei tiefen Temperaturen für längere Zeit zu lagern hat sich in steigendem Maße eingeführt. Man war allerdings auch gezwungen Maßnahmen zu treffen, um der Gefahr von Lebensmittelvergiftungen vorzubeugen, welche selbst bei kurzfristigem Auftauen der tiefgefrorenen Lebensmittel drohen. Diese Gefahr besteht bereits beim Transport und Verkauf tiefgefrorener Waren, aber auch z.B. bei Stromausfall, der die Funktion der Tiefkühlgeräte bedroht. Um solche stromlose Zeiten zu überbrücken, werden die Tiefkühlgeräte besonders gut wärmeisoliert und auch mit Kälte speichern ausgestattet, um ein zu schnelles Ansteigen der Temperatur im Gerät zu vermeiden. Je nach Kühlgut werden -1ß Grad C bis -12 Grad C als kritische Temperaturen angesehen.
Eine besonders wirkungsvolle Ausbildung eines Kältespeichers erreicht man, indem man diesen als Latent-Kältespeicher ausbildet. Das heißt man nützt die sogenannte Schmelzwärme einer Flüssigkeit, bzw. eines Flüssigkeitsgemisches (z.B. Wasser/ Alkohol) aus, um große Wärme bzw. Kältemengen mit kleinen Volumen speichern zu können. Beispielsweise kann man mit 1 Kcal die Temperatur von 1 Liter Wasser um 1 Grad C verändern. Um aber z.B. 1 Liter Wasser von + 0,5 C auf - 0,5 C zu bringen muB man zunächst auf 0 C abkühlen, dann weitere 79,5 Kcal dem Wasser entziehen, wobei alles Wasser in Eis umgewandelt wird und erst dann wird die Temperatur unter 0 C absinken auf -0,5 C.
Ebenso wird beim Auftauen, d.h. Schmelzen des Eises trotz Zuführung großer Wärmemengen die Temperatur erst ansteigen 1 wenn alles Eis geschmolzen ist.
Diese vorteilhafte Anwendung eines Latent-Kältespeichers wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Steuerung kombiniert, welche besondere Vorteile für die Energienutzung bringt. Das Angebot elektrischer Energie ist üblicherweise in den Nachtstunden nicht ausgenützt, hingegen ist jeder Verbrauch während der Tagesstunden als zusätzliche Kapazitäts-Leistungsspitze zu bewältigen. Der strittige Ausbau von Kernkraftwerken ist ein drastisches Beispiel dieser Problematik.
Auf anderen Gebieten hat man dieses Problem bereits gelöst indem man z.B. bei Nachtstromspeicheröfen, den nachts reichlich vorhandenen - und zudem billig angebotenen - sogenannten "Nachtstrom" für Heizzwecke nutzt und tagsüber die in diesen Öfen gespeicherte Wärme nach außen abgibt.
Die Aufgabenstellung für die erfindungsgemäße Nutzung des Nachtstromes für Tiefkühlzwecke unterscheidet sich in wesentlichen punkten von jener für Nachtstromspeicheröfen. Es handelt sich nicht nur darum Kälte zu speichern um bei Ausfall der Anlage mögliche Vergiftungen zu vermeiden, sondern auchim das biologisch bedingte große Angebot an Kältekalorien bereitzustellen um kritische Temperaturbereiche beim Einfrieren von LebensmitUt möglich schnell zu "durchfahren". Dazu kommt noch das züsätzliche Problem, daß bei einem Latent-Kältespeicher eine Temperaturmessung während des Frierens oder Auftauens mit herkdmmlicheu Thermostaten versagt, da in dieser Phase der Aggregatzustandsänderung keine Temperaturänderung auftritt.
Um die erforderlichen Eigenschaften und Funktionen eines Tiefkühigerätes mit Kälte speicher für relativ lange Strompausen zu erreichen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Kältespeicher ein Latentkältespeicher vorgesehen und ein elektrisches Schaltgerät vorhanden ist, welches abhängig vom Stromtarif und/oder der Tageszeit die Kältemaschine einschaltet und temperaturabhängig bei einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes des Kälte speichers die Kältemaschine abschaltet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Kältemaschine erst bei *vollem* Kältespeicher, das heisst wenn alle Flüssigkeit gefroren ist, abschaltet.
Diese Art der Schaltung - "ein" zeitabhängig - "aus" temperaturabhängig- unterscheidet diese neuartige Steuerung der Kältemaschine von einer Kühlanlage herkömmlicher Bauart.
Da man zweckmäßigerweise jeden Stromverbrauch bei Tag vermeidet -es sei denn im Gefahrenfall- wird weiternin erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Abschaltung der Kältemaschine zusätzlich auch abhängig vom Stromtarif und/oder der Tageszeit erfolgt. Damit läuft man zwar Gefahr, daß der Speicher nicht 100 * *gefüllt" wird, aber begrenzt die Energieaufnahme bei Tag.
Sollte sich im praktischen Einsatz eine drohende Gefahr für die eingefrorenen Lebensmittel dadurch ergeben, daß aus irgendeinem Grund die Kälte speicher auftauen und die Temperatur ansteigt, wird als Sicherheitsmaßnahme vorgeschlagen, daß parallel zu dem elektrischen Schaltgerät, welches abhängig vom Strom tarif und/oder der Tageszeit die Kältemaschine einschaltet, ein weiteres temperaturabhängig schaltendes Gerät sozusagen ein wGefahrenthermostat" vorhanden ist, welches bei einer Temperatur die über dem Gefrierpunkt des Latentkältespeichers liegt, die Kältemaschine einschaltet.
Da man eine zu große Energieaufnahme während der Tagesstunden vermeiden will, wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß während der Tagesstunden, falls der WGefahrenthermostat" einschaltet, zwar gekühlt wird aber dem Kälte speicher keine Kälte zugeführt wird, indem das weitere zusätzliche temperaturabhängig schaltende Gerät bei einer Temperatur die über dem Gefrierpunkt des Latentkältespeichers liegt die Kältemaschine einr schaltet und bei einer Temperatur die darunter, aber noch über dem Gefrierpunkt des Latentkältespeichers liegt wieder ag schaltet.
Als weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung wir vorgeschlagen, daß ein Schalter vorhanden ist, der das Tiefkühlgerät auf normale Temperatursteuerung bekannter Art umschaltet. Damit kann man wahlweise auf konventionellen Betrieb ausweichen, falls infolge irgendwelcher Störungen oder aus anderen Gründen dies zweckmäßig erscheint. Dabei kann als Temperatursteuerung z.B. der "Gefahrenthermostat" benützt werden.
Da verschiedene Temperaturbereiche zu beachten sind, nämlich der für einen H3 Sterne" Kühlschrank vorgeschriebene - 180 C 0 Bereich, sowie der erwähnte Gefahrenbereich über - 12 C kann es vortttlhaft sein, mehrere Latent-Kältespeicher mit verschiedenen Schmelztemperaturen vorzusehen. Falls Gefriergut eingelagert wird, welches mit - 12 C auskommt, kann durch diese Maßnahme wesentlich Energie gespart werden, da man in einem solchen Fall nur bis zur oberen - 12 C Temperatur abkühlt und in diesem Bereich die Kältemaschine mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet.
Zu diesem Zweck müssen erfindungsgemäß die temperaturabhängigen Schaltgeräte wahlweise auf die Temperaturbereiche der verschiedenen Latentkältespeicher umschaltbar sein.
Um extrem hohen Kältebedarf z.B. beim Einfrieren von Kühlgut bereitstellen zu können wird zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Einrichtungen erfindungsgemäß vorgeseheni daß ein handbetätigter Schalter vorhanden ist, welcher die Kältemaschine dauernd einschaltet.
Da ein deratiger extrem hoher Kältebedarf nur ausnahmsweise eintritt und bei handbetätigten Schaltern die Gefahr eines Vergessens des Abschaltens besteht, wird als eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung vorgeschalgen, daß ein Schalter vorhanden ist, welcher die vom Stromtarif und/oder der Tageszeit abhängige Abschaltung der Kältemaschine für einen oder auch wahlweise mehrere Zyklen überbrückt.
Die erfindungsgemäße Ausstattung von Tiefkühlgeräten ist bei Neukonstruktionen in einfacher Art möglich. Da jedoch bereits hundertausende dieser Geräte als Tiefkühltruhen oder Tiefkühlschränke in Gebrauch sind, besteht eine erfindungsgemäse vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß die zusätzlich erforderlichen Latentkältespeicher und Schaltgeräte als Nack rüstbausatz gestaltet sind.
Die Latentkältespeicher sind z.B. zu diesem Zwecke flache Kunstätoffbehälte, welche mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, die bei der gewünschten Temperatur friert bzw. aufbaut. Anschlüße oder Verbindungen sind nicht erforderlich, die Behälter werden in mehreren Standardgrößen vorgesehen und je nach Form und Größe der Tiefkühlgeräte einfach am Boden oder an den Wänden, oder auch als Trennwände zwischen dem Kühlgut angeordnet. Damit ist für jedes Gerät eine optimale Aut legung möglich. Selbsthaftende oder klebende Verbindungen an den Kälteäpeichern erleichtern deren Anbringung.
Ebenso ist die Ausbildung eines kombinierten Steuergerätes, welches alle Funktionen vereinigt erfindungsgemäß mit einer Anzeige der wählbaren Einschaltzeiten vorgesehen, derart, daß alle Steuerfunktionen in einer Einheit zusammengefasst sind, die in Art einer Schaltuhr auch die Einächaltzeiten anzeigt und bei Stromausfall ein Warnsignal auslöst.
Schaltuhren, die ohne Gangreserve bei Stromausfall im falschen Rythmus schalten, können auch in den Fällen wo die Elektrizitätswerke Schaltsignale ins Netz ausstrahlen um die Tarifzähler umzuschalten erfindungsgemäß durch eine entsprechende elektronische, vom Stromtarif abhängige Schaltung ersetzt werden, derart, daß die vom Stromtarif abhängige Schaltung durch Steuersignale die dem Stromversorgungsnetz überlagert sind, ausgelöst wird.
Zur Erläuterung der Funktion eines erfindungsgemäßen Kühlgerätes mit Latentkältespeicher und Niedertarifschaltung sollen nachstehend Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt ein Temperatur/Zeit Schaltdiagramm wie es ein handelsübliches Kühlgerät aufweist. In mehr oder weniger regelmäßigen Zyklen, abhängig auch z.B. von der Anzahl der Türöff 3 4 nungen oder der Entnahme oder Zugabe von Kühlgut wird in den dargestellten Zeitraum von 20 h bis 24 h des darauffolgenden Tages die Kühlmaschine $Diagramm $Diagrammen Im Beispiel Fig. 1 wird jeweils bei - 180 C die Kühlmaschine eingeschaltet und bei - 22 L C abgeschaltet. Das Diagramm Fig. 1 und in den folgenden Diagrammen zeigen jeweils in stark ausgezogenen Linien (1) die Kühlvorgänge bei eingeschalteter Kältemaschine und in dünnen Linien (2) die Erwärmungsvorgänge bei abgeschalteter Kühlmaschine. Die Vorgange wiederholen sich sowohl in der Nachtzeit (3) (Niedertarif) z.B. von 22 h bis 6 h als auch bei Tagzeit (4 (Hochtarif) z.B. von 6 h bis 22 h.
Fig. 2 zeigt das volkommen verschiedene Temperatur/Zeit Diagramm eines Kühlgerätes mit Latent-Kältespeicher. Vorausgesetzt daß bereits ein Beharrungszustand eingetreten ist, wird nur mehr den Kältespeicher Kälte zugeführt bzw. entnommen, ohne daß die Temperatur ansteigt.
11 Beispiel Fig. 2 ist die Gefriertemperatur des Kältespeichers aLt - 200 C angenommen.
Sobald erfindungsgemäß zeitabhängig nach Beginn des Niedertariffes z.B. um 22 Uhr die Kältemaschine eingeschaltet wird, führt sie den Kältespeicher Kälte zu, das beisst, das in dies- Kältespeicher in flüssigen Zustand vorhandene Kältemittel gefriert ohne daß sich dabei die Temperatur im Kühlgerät ändert.
Erst nchden alles flüssige Kältenittel des latent-Kältespeichers gefroren ist, Punkt (5) des Diagrames, sinkt die Temperatur weiter ab und die Kältemaschine schaltet s.B. bei - 220 C temr peraturabhängig ab. (Punkt 6).
Anschließend findet ein Erwärmungsvorgang, infolge der unvermeidbaren Isolationsverluste, statt und die Temperatur steigt bis zum Erreichen der Schmelztemperatur des Kältespeichers an (Punkt 7>. Von Punkt 7 an wird die Temperatur nicht ansteigen, da der Kältespeicher die Wärmeverluste deckt. Auch die Wärueverluste während der Tageseeit (4) werden von der Schmelzwärme des Kältemittels gedeckt.
Erst bei Beginn des Niedertarifes in der Nachtzeit (3) wird erfindungsgemäß die Kält-aschine wieder eingeschaltet und führt dem Kältespeicher Gälte zu, usf.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens, falls durch Einlagerung von Kühigut oder durch andere Umstünde wie häufiges Öffnen der Tür, die während der Nachtzeit (3) zugeführte Kälte nicht ausreicht um den Speicher zu füllen.
Das Diagramm Fig. 3 zeigt, daß in einem solchen Beispiel die Kältemaschine zwar die ganze nachtzeit (3) eingeschaltet ist, aber die zugeführte Kältemenge nihht ausreicht, um den Kältespeicher zu füllen. Im Beispiel Fig. 3 ist jedoch erfindungsgemäß eine Zeit- bzw. Tarif-äbhängige Abschaltung im Punkt (8) vorgesehen, welche den Stromverbrauch während der Tagzeit (4) verhindert.
Wie Fig. 3 zeigt kann natürlich im nächsten Zyklus im Punkt (9) der Kältespeicher seine 100 | ige Füllung erreichen und der weitere Zyklus kann gemäß Fig. 2 weiterlaufen.
Fig. 4 zeigt ein "Gefahrenbeispiel". In diesem Fall ist zu einem Zeitpunkt (10) die gespeicherte Kälte ausgebraucht und die Temperatur im Kühlgerät steigt an.
Für einen solchen Fall ist erfindungsgemäß eine temperaturabhängige Einschaltung bei einer Gefahrentemperatur z.B. bei - 186 C vorgesehen. Im Punkt (11) ist diese Temperatur erreicht, die Kältemaschine wird eingeschaltet und die Temperatur sinkt wieder ab bis sie bei Punkt (12) die Gefriertemperatur des Kältespeichers erreicht. Ab Punkt (12) sinkt die Temperatur nicht weiter ab, die Kälte wird im Kältespeicher gespeichert.
Da man einen minimalen Verbrauch von Energie während der Tageszeit (4) anstrebt ist eine weitere Verbesserung in Fig. 5 dargestellt. Um während der Tageszeit (4) nur die minimal erforderliche Energie aufzuwenden, die ausreicht Schäden am Kühlgut zu vermeiden, ist im Gefahrenfall iwar die Einschaltung der Kältemaschine im Punkt (11) wie in Fig. 4 vorgesehen, jedoch erfolgt bereits temperaturabhän4ig bei einer Temperatur von z.B. - 180 C, welche über dem Gefrierpunkt des Kältespeichers von z.B. - 200 C liegt, die Abschaltung der Kältemaschine.
Bei dieser Anordnung Fig. 5 arbeitet die temperaturabhängige Schaltung vom Augenblick des Erreichens der Gefahrentemperatur Punkt (11) ähnlich einer herkömmlichen nur temperaturabhängigen Steuerung. Dieser Diagranilablauf entspricht auch der ZNotschaltung", daß man aus irgendwelchen Gründen die Zeit- oder Tarif-abhängige Steuerung über einen handbetätigten Notschalter überbrückt und nur vorübergehend in herkömmlicher Art temperaturabhäntig steuert.
Fig. 6 zeigt eine beispielsweise Anbringung der Kältespeicher (14) auf der Außenseite des Innenbehälters (13) einer Kühltruhe. Dabei werden die Kältespeicher (14) direkt auf die Verdampferrohre (15) aufgeklebt um einen guten Kältbübergang zu erreichen.
Fig. 7 zeigt als Schnitt eine Kühltruhe mit nachträglich eingesetzten Kältespeichern (14), die an den Wänden und dem Deckel der Truhe angeordna sind. Auch dabei ist die Verwendung von Klebeverbindungen vorteilhaft. Der Kältespeicher (16) ist als Trennwand eingesetzt und bringt eine bessere Verteilung der Kälte in Innern der Truhe.
Fig. 8 zeigt eint beispielsweise Ausführung eines Steuerpultes (17) wie es auch für eine Umrüstung einer schon vorhandenbn Kühltruhe verwendet werden kann. Das Gerät wird z.B. mit einem Stecker (18) an das elektrische Netz angeschlossen. Die Kühltruhe wird ebenfalls über den Stecker (19) an das Gerät angeschlossen. Dabei wird eine event. schon vorhandene Steuerung überbrückt indem man die Kühltruhe auf Dauerbetrieb schaltet. Der Temperaturfühler (20) wird in die Kühltruhe eingelegt, und das Schaltpult (17) übernimmt alle erfindungsgemäßen Funkt tiontn. Die 24 Stunden Schaltuhr (21), deren schraffiert gekennzeichnbter Einschaltbereich (22) mit dem Knopf (23) eingestellt werden kann, bestimmt die normalen Einschalt, zeiten im Nachtzeit-Niedertarif.
Der Temperaturwähler (24) gestattet die Wahl des gewünsuhr ten Temperaturbereiches. Die Tasten (254 bis (28) bestippen besondere Funktionen, z.B. Taste (25) den Dauerbetrieb für 1 Tageszyklus, TAste (26) den Dauerbetrieb für 2 Tage für den Fall des Einfrierens größerer Mengen.
Die Taste (27) könnte z.B. unbegrenzter Dauereinschaltung dienen. Die Taste (28) könnte z.B. der Umschaltung auf normale Temperatursteuerung dienen, indem sie alle zeitges teuerttn Funktionen überbrückt.
Die angeführten Beispiele zeigen die bedeutenden Vorteile dieser neuen Kombination von Latentkältespeicher und Zeit/ Temperatursteuerung. Obwohl nur Anwendungen fOr Tiefkühltemperaturen beschrieben sind, ist die gleiche erfindungsgemäße Benutzung in Kühlschränken bei Temperaturen über Null Grad Celsius möglich. Sei es, daß von einem Tiefkßhlspeicher Luft gekühlt wird, die in entsprechenden Mengen in bekannter Art dem Kühlraum beigemischt wird um die gewünschte Temperatur zu erhalten, oder direkt Latentkältespeicner zu verwenden, welche bereits oberhalb 0 C frieren. Die Methode der Beimischung von Tiefgekühlter Luft hat naturgemäß den Vorteil, daß man die Temperatur regelbar einstellen kann.
Je nsch vertretbaren Kostenaufwand läßt sich diese Erfindung sehr sparsam aufbauen, aber auch mit allen Feiner heiten ausstatten die höchsten Ansprüchen genügen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche "Tiefkühlgerät mit Kältespeicher" 1) Tiefkühlgrät mit elektrisch angetriebener Kältemaschine, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältespeicher ein Latentkältespeicher und ein elektrisches Schaltgerät vorhanden ist, welches abhängig vom Stromtarif und/oder der Tageszeit die Kältemaschine einschaltet und temperaturabhängig bei einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes des Kältespeichers die Kältemaschine abschaltet.
2) Tiefkühlgerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung der Kältemaschine zusätzlich auch abhängig vom Stromtarif und/oder der Tageszeit erfolgt.
3) Tiefkühlgerät nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem elektrischen Schaltgerät, welches abhängig vom Stromtarif und/oder der Tageszeit die Kältemapchine einschaltet, ein weiteres zusätzliches temperaturabhängig schaltendes Gerät vorhanden ist, welches bei einer Temperatur die über dem Gefrierpunkt des Latentkältespeichers liegt, die Kältemaschine einschaltet.
4) Tiefkühlgerät nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß weitere zusätzliche temperaturabhängig schaltende Gerät bei einer Temperatur die über dem Gefrierpunkt des Latentkältespeichers liegt die Kältemaschine einschaltet und bei einer Temperatur die darunter, aber noch über dem Gefrierpunkt des Latentkältespeichers liegt wieder ausschaltet.
5) Tiefkühlgerät nach Anspruch 1, 2> oder dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorhanden ist, der das Tiefkühlgerät auf normale Temperatursteuerung bekannter Art mschaltet .
6) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Latentkältespeicher mit verschiedener Schmelztemperatur vorhanden sind.
7) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabhängigen Schaltgeräte wahlweise auf die Temperaturbereiche der verschiedenen Latentkältespeicher umschaltbar sind.
8) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein handbetätigter Schalter vorhanden ist, welcher die Kältemaschine auf Dauerbetrieb einschaltet.
9) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorhanden ist, welcher die vom STromtarif und/oder der Tageszeit abhängige Abschaltung der Kältemaschine für einen oder auch wahlweise mehrere Zyklen überbrückt.
10) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich erforderlichen Latentkältespeicher und Schaltgeräte als Nachrüstbausatz gestaltet sind.
11) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß alle Steuerfunktionen in einer Einheit zusammengefasst sind, die in Art einer Schaltuhr auch die Einschaltzeiten anzeigt und bei Stromausfall ein Warnsignal auslöst.
12) Tiefkühlgerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die vom Stromtarif abhängige Schaltung durch Steuersignale die dem Stromversorgungsnetz überlagert sind, bewirkt wird.