DE102020002820B4

DE102020002820B4 - Schnellabkühlgerät

Info

Publication number: DE102020002820B4
Application number: DE102020002820.9A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: DE102020002820A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit integriertem Kühlsystem zur schnellen Abkühlung eines darin zu platzierendem Gegenstand (3), begrenzt durch Außenwände (1), verschließbar durch eine Tür (2), welche zusammen ein Gerät zur Aufnahme eines zu kühlenden Gegenstands (3) im Innenraum (10) bilden. Das Kühlsystem basiert auf Peltier-Kühlung (4), die mit einer Vorrichtung für intensive Konvektion kalter Luft kombiniert wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Abkühlung des Gegenstandes (3) innerhalb eines kurzen Zeitraumes ermöglicht wird, z.B. 5 Minuten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit integriertem Kühlsystem zur schnellen Abkühlung eines darin zu platzierendem Gegenstand, wobei das Kühlsystem auf Peltier-Kühlung basiert, kombiniert mit einer Vorrichtung für intensive Konvektion kalter Luft.
Allgemein bekannt sind in der kommerziellen bzw. haushaltsüblichen Anwendung überwiegend Kühlschränke oder Gefriertruhen, deren Hauptzweck es ist, Gegenstände bzw. Lebensmittel auf einem niedrigeren Temperaturniveau über längere Zeiträume zu halten. Davor werden Gegenstände von der Umgebungstemperatur bis auf die erforderliche Kühltemperatur abgekühlt. Herkömmliche Kältemaschinen bzw. Kühlschränke sind z.B. aus der Offenlegung der Patentanmeldung Nr. DE60123159T2 bekannt. Dazu wird der Gegenstand in das Gerät gelegt, wobei der Innenraum meist mittels des Kaltdampf-Kreisprozesses auf einem zuvor eingestellten Temperaturniveau gehalten wird. Die Temperatur des Gegenstandes, welches über der Innenraumtemperatur liegt, gleicht sich im Laufe der Zeit durch Wärmeabfuhr an. Da diese Geräte hauptsächlich zur energiesparenden Lagerung der gekühlten Gegenstände dienen, ist die verfügbare Kühlleistung relativ klein, deswegen dauert der Abkühlvorgang relativ lange, abhängig der Temperaturdifferenz und Masse, z.B. eine Stunde. Um Gegenstände bei Bedarf auf einem niedrigen Temperaturniveau zu halten, müssen diese dazu im Kühlschrank bevorratet werden, was energetisch nicht sinnvoll ist.
Es gibt auch Kühlschränke, die eine Schnellabkühlfunktion anbieten. Dafür wird im Inneren einen Lüfter integriert, welcher für eine intensive Durchmischung der Kaltluft innerhalb des Kühlschranks sorgt, was den Abkühlvorgang beschleunigt.
Es gibt auch Kühlschränke, die in der Lage sind, die verfügbare Kälteleistung durch Hochfahren des integrierten Kreisprozesses rasch zu erhöhen.
Die beiden letztgenannten Funktionen ermöglichen es, den Abkühlvorgang zu beschleunigen, jedoch dauert dieser trotzdem relativ lange.
Unter schneller Abkühlung beim Schnellabkühlgerät wird hier ein Zeitraum von 5-10 Minuten verstanden, wobei das maßgeblich abhängig ist von Masse, Temperaturdifferenz und Wärmekapazität des Gegenstandes sowie der Kälteleistung des Gerätes. Der relativ lange Abkühlvorgang, z.B. bei Kühlschränken, der hier gegenübergestellt wird, entspricht ca. einer Stunde, abhängig der entsprechenden Randbedingungen.
Abkühlen von Gegenständen innerhalb eines kurzen Zeitraumes wird in der Industrie umgesetzt, jedoch durch Einsatz von kalten Flüssiggasen wie z.B. Flüssigstickstoff oder CO₂ im größeren Maßstab, auch kombiniert mit Konvektion, wie z.B. aus der Offenlegung der Patentanmeldung US20110247355A1 bekannt. Diese Anwendungsart eignet sich nicht für den privaten bzw. kommerziellen Gebrauch.
Die im Stand der Technik angegebenen Kühlschränke weisen das Problem auf, für die Abkühlung von Gegenständen einen relativ langen Zeitraum zu benötigen.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, ein Gerät zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, mittels diskontinuierlicher Abkühlung ohne den primären Einsatz von Kältemitteln innerhalb eines kurzen Zeitraumes, z.B. 5 Minuten, darin befindliche Gegenstände abzukühlen bzw. auf das gewünschte Temperaturniveau zu reduzieren und somit den Nachteil der üblichen Haushaltsgeräte, wie z.B. Kühlschränke, nicht aufzuweisen. Für eine weitere Lagerung des gekühlten Gegenstands ist diese Vorrichtung nicht geeignet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich demnach auf das technische Gebiet von Vorrichtungen zur sehr schnellen Abkühlung von Gegenständen, insbesondere Lebensmitteln.
Durch die im Patentanspruch genannten Merkmale der Kombination von Strahlung und Konvektion wird das Problem der schnellen Abkühlung gelöst.
Durch das Schnellabkühlgerät ergibt sich primär der Vorteil, dass durch den technischen Einsatz Gegenstände in relativ kurzer Zeit auf eine niedrigere Temperatur gebracht werden können. Es wird daher auch nicht erforderlich, wie bisher in einem Kühlschrank, Gegenstände auf Vorrat zu lagern, wofür durch den durchgehenden Betrieb viel Energie aufgewendet wird. Des Weiteren sind in diesem Gerät eine geringe Anzahl beweglicher Teile verbaut, wodurch kaum Verschleiß im Betrieb auftritt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schnellabkühlgerätes ist vorgesehen, dass der schnell abzukühlende Gegenstand in das Gerät eingestellt wird, welches mit einer Tür verschlossen wird.
Das erfindungsgemäße Schnellabkühlgerät baut darauf auf, dass, zur Erreichung der schnellen Abkühlung, auf den Gegenstand die kalte Seite der Peltier-Elemente einwirkt und zudem Konvektion von kalter Luft im Innenraum.
Bauartbedingt ist rechnerisch durch die Anzahl der installierten Peltier-Elemente und unterstützender Konvektion eine schnelle Wärmeabfuhr möglich.
Peltier-Elemente sind entsprechend dem Stand der Technik in der Weise aufgebaut, dass bei Anlegen einer Gleichspannung eine Seite abkühlt und die andere Seite sich erwärmt, wobei das Funktionsprinzip und die Effizienz von der Wärmeabfuhr auf der warmen Seite abhängig sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Peltier-Elemente mit einem Abstand zu den Wänden des Innenraums angebracht werden, um einen Zwischenraum für die Wärmeabfuhr auf der warmen Seite über Konvektion zu schaffen.
Des Weiteren ist in diesem erfindungsgemäßen Zusammenhang vorgesehen, dass die durch einen Lüfter in den Innenraum eingebrachte Luft zuvor bei Durchleitung durch einen vorgeschalteten Wärmetauscher abgekühlt und damit auch entfeuchtet wird, wodurch eine Kondensation im Innenraum weitestgehend vermieden wird und der Gegenstand eine weitere Abkühlung erfährt. Das Ansaugen der Luft erfolgt über Lüftungsschlitze, die an der Außenseite des Gerätes angebracht sind.
Der zur Luftabkühlung vorgesehene Wärmetauscher kann über einen üblichen Kaltdampf-Kreisprozess gekühlt werden oder bauartbedingt über eine andere infrage kommende Art.
Der Luftaustrag aus dem verschlossenen Gerät über den Zwischenraum zwischen der warmen Rückseite der Peltier-Elemente und den Außenwänden wird durch Lüftungsschlitze erreicht, die ebenfalls an der Außenseite des Gerätes angebracht sind. Mit der Durchleitung der noch relativ kalten Luft durch den Zwischenraum wird der Wärmeaustrag der Peltier-Elemente gewährleistet und somit das Funktionsprinzip ermöglicht. Die Abwärme des genannten Kreisprozesses am Wärmetauscher kann beispielsweise auch über die Konvektion abgeführt werden.
Eine Temperaturmessung des Gegenstandes kann über dem Stand der Technik entsprechende Methoden durchgeführt werden.
Die Bedienung und Visualisierung des Gerätes erfolgt über ein an der Front angebrachtes Bedienelement.
Details und Vorteile des Schnellabkühlgerätes sind anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erkennbar, wobei sich der Schutzumfang nicht auf diese Ausführungsart beschränkt.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schnellabkühlgerätes.
zeigt eine schematische Darstellung des technischen Prozesses eines erfindungsgemäßen Schnellabkühlgerätes.

Ein Schnellabkühlgerät gemäß der vorliegenden Erfindung weist Außenwände (1) auf, die zusammengefasst zur Aufnahme des abzukühlenden Gegenstandes (3) dienen, der im Innenraum (10) platziert wird. Nach vorne begrenzt wird der Innenraum (10) durch eine Tür (2), die geöffnet und geschlossen werden kann. Die Wände des Innenraums (13), in dem der Gegenstand (3) eingestellt wird, sind mit Peltier-Elementen (4) belegt, wobei die kalte Seite in den Innenraum (10) zeigt, die warme Seite nach außen in einen Zwischenraum (12) zwischen den Peltier-Elementen (4) und den Wänden des Innenraums (13). Im dargestellten Fall sind die Peltier-Elemente (4) rechts, links, oben und hinten angeordnet, Abweichungen sind bauartbedingt möglich.
Erfindungsgemäß wird durch Aktivieren der Peltier-Elemente (4) mittels einer Stromquelle (in den Zeichnungen nicht dargestellt) dem Gegenstand Wärme entzogen. Zusätzlich zur Kälteleistung des Gerätes entscheiden Masse, Wärmekapazität und Temperaturdifferenz zwischen Anfangs- und Endtemperatur des Gegenstandes über den erforderlichen Zeitraum.
Um ein Kondensieren innerhalb des Gerätes auszuschließen bzw. zu minimieren und eine weitere Abkühlung des Gegenstandes (3) zu erreichen, wird die erfindungsgemäß abgekühlte und somit entfeuchtete Luft mittels eines Lüfters (5) über einen Luftkanal (8) eingebracht, deren Ansaugung über Lüftungsschlitze für die Zuluft (6) erfolgt.
Die Entfeuchtung geschieht über einen vorgeschalteten Wärmetauscher (7), an dem die durchströmende Luft kondensiert, wobei die Temperatur des Wärmetauschers (7) über eine bauartbedingte Kühlung (in den Zeichnungen nicht dargestellt) abgesenkt wird, die dem Stand der Technik entspricht.
Durch diesen Vorgang sinkt die Lufttemperatur, wodurch auch mittels Konvektion eine Temperaturabsenkung des Gegenstandes (3) erfolgt, sobald die Luft ihn umströmt. Die Luftabfuhr erfolgt über die Zwischenräume (12) zwischen den Wänden des Innenraums (13) und Peltier-Elementen (4), wo deren warme Seite sich befindet, aus dem Gerät hinaus über Lüftungsschlitze der Abluft (9). Dadurch wird eine permanente Wärmeabfuhr an den Peltier-Elementen (4) gewährleistet, was Grundlage für einen funktionierenden Prozess der Elemente ist.
Eine Temperaturmessung (in den Zeichnungen nicht dargestellt) des zu kühlenden Gegenstandes (3) ist mit den auf dem Markt erhältlichen Verfahren möglich, beispielsweise kontaktlos oder durch Befestigen eines Temperaturfühlers. Über ein an der Front angebrachtes Bedienelement (11) wird das Gerät bedient und eine Visualisierung ermöglicht.
Es sind Ausführungsformen denkbar, die eine andere Geräteform oder eine alternative Technikbelegung mit sich bringen, die eine optimierte Abkühlung zur Folge haben.
Bezugszeichenliste

(1): Außenwände
(2): Tür
(3): Abzukühlender Gegenstand
(4): Peltier-Elemente
(5): Lüfter
(6): Lüftungsschlitze Zuluft
(7): Wärmetauscher
(8): Luftkanal
(9): Lüftungsschlitze Abluft
(10): Innenraum
(11): Bedienelement
(12): Zwischenräume
(13): Wände Innenraum

Claims

Vorrichtung zur schnellen Abkühlung eines darin zu platzierenden Gegenstandes (3), begrenzt durch Außenwände (1), verschließbar durch eine Tür (2), welche zusammen ein Gerät zur Aufnahme eines zu kühlenden Gegenstands (3) im Innenraum (10) bilden, wobei durch eine Kombination aus Peltier-Elementen (4) und Konvektion kalter Luft im Gerät eine Abkühlung des Gegenstandes (3) innerhalb eines kurzen Zeitraumes, z.B. 5 Minuten, ermöglicht wird, wobei die Zuluft mittels eines Lüfters (5) über einen Luftkanal (8) in den Innenraum (10) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft über einen Wärmetauscher (7) abgekühlt und entfeuchtet wird.
Schnellabkühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Peltier-Elemente (4) im Innenraum (10) des Gerätes angebracht sind, wobei die kalte Seite nach innen zum Gegenstand (3) gerichtet ist, um als Wärmesenke zu fungieren.
Schnellabkühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft über einen Wärmetauscher (7) abgekühlt und entfeuchtet wird, wobei die Abkühlung über einen Kaltdampf-Kreisprozess realisiert wird.
Schnellabkühlgerät nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Peltier-Elemente (4) in einem gewissen Abstand zu den Wänden des Innenraums (13) angebracht sind, um die Luft über diese Zwischenräume (12) aus dem Gerät zu leiten und dabei die Abwärme von der Rückseite der Peltier-Elemente (4) auszutragen.
Schnellabkühlgerät nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Geräteaußenseite Lüftungsschlitze für die Zuluft (6) und Abluft (9) vorhanden sind.
Schnellabkühlgerät nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb des Gerätes eine Stromquelle sowie eine Temperaturmessung des zu kühlenden Gegenstandes erforderlich sind.
Schnellabkühlgerät nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Gerätevorderseite ein Bedienelement (11) zur Bedienung und Visualisierung angebracht ist.