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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung
in einem Kältegerät.
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Kältegeräte
sind üblicherweise mit Temperatursensoren ausgestattet,
die ein elektrisches Temperaturmesssignal liefern, welches von einer
Steuerelektronik der Geräte genutzt wird, um den Betrieb
eines Verdichters so zu regeln, dass die von dem Sensor erfasste
Temperatur in einem vorgegebenen Sollbereich bleibt. Derartige Sensoren
sind üblicherweise an einer Wand des Lagerraums eines Kältegeräts angebracht
und erfassen im Wesentlichen die in dem Lagerraum herrschende Lufttemperatur.
Diese Lufttemperatur kann kurzfristig starken Schwankungen unterliegen,
so etwa, wenn eine Tür des Kältegeräts geöffnet
wird. Eine schnelle Reaktionsfähigkeit der Temperatursensoren
ist erwünscht, um eine Erwärmung im Lagerraum
des Kältegeräts schnell erfassen und durch Inbetriebnahme
des Verdichters darauf reagieren zu können.
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Die
von einer solchen Sensor erfasste Temperatur stimmt aber nicht notwendigerweise
mit der Temperatur überein, die im Innern von Stücken
massiven Kühlguts oder von Kühlgutbehältern
vorherrscht, die sich im Lagerraum befinden. Deren Temperatur reagiert
kaum auf ein kurzfristiges Eindringen von warmer Luft in das Kältegerät.
Einen größeren Einfluss auf diese Temperatur hat
insbesondere der Ort innerhalb des Lagerraums, an dem sich ein solches
Stück Kühlgut befindet, denn die Temperaturverteilung
im Innern eines Kältegeräts, insbesondere eines
Kühlschranks, ist im Allgemeinen nicht homogen. Eine solche
inhomogene Temperaturverteilung im Innern eines Kühlschranks
ist an sich durchaus erwünscht, um Kühlgüter
mit unterschiedlichen Ansprüchen an die Lagertemperatur
unter jeweils optimalen Bedingungen lagern zu können. Sie
kann jedoch zur Folge haben, dass Kühlgüter unerwünscht früh
verderben oder Qualitätseinbußen erleiden, wenn
sie an einem ungeeigneten, für sie zu warmen oder zu kalten
Ort deponiert werden.
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Es
wäre daher wünschenswert, Vorrichtungen zur Verfügung
zu haben, die lokal im Innern eines Kühlschranks eine Abschätzung
der Temperaturen erlauben, die sich im Innern von Kühlgut
langfristig einstellen.
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Aus
DE-U 87 17 267 ist ein Indikator
zur Temperaturüberwachung von Kühl- und Tiefkühleinrichtungen
bekannt, der an diversen Stellen im Innern eines Kältegeräts
platziert werden kann, um zu erfassen, ob die Lufttemperatur wenigstens
zeitweilig einen kritischen Grenzwert überschritten hat.
Zu diesem Zweck weist der bekannte Indikator einen transparenten
Hohlraum auf, der mit einer Indikatorflüssigkeit gefüllt
ist, welche bei der kritischen Temperatur gefriert, deren Einhaltung überwacht
werden soll. Nach dem Gefrieren der Flüssigkeit wird der
Indikator so aufgestellt, dass sich die gefrorene Flüssigkeit
in einem oberen Bereich des Hohlraums befindet. Wird während
des Betriebs des Kältegeräts die kritische Temperatur überschritten,
so dass die Indikatorflüssigkeit taut, so sammelt sie sich
in einem unteren Teil des Hohlraums. An dieser Verlagerung kann
ein Benutzer die zeitweilige Überschreitung der kritischen Temperatur
erkennen, auch wenn das Kältegerät zwischenzeitlich
seinen Normalbetrieb selbsttätig wieder aufgenommen hat
und die Indikatorflüssigkeit in dem Hohlraum wieder gefroren
ist. Diese Vorrichtung ist geeignet, um einen zeitweiligen Ausfall
der Kühlung nachweisen zu können. Bei oberflächlicher Betrachtung
könnte man auch annehmen, dass diese Vorrichtung geeignet
ist, um die Einhaltung einer für ein bestimmtes Kühlgut
gewünschten Mindestkühltemperatur zu überwachen,
indem als Indikatorflüssigkeit eine Flüssigkeit
mit dieser Mindesttemperatur entsprechendem Gefrierpunkt gewählt
wird, die Vorrichtung an einem zu überprüfenden
Ort im Lagerraum des Kältegeräts platziert wird
und nach einer bestimmten Zeit nachgeschaut wird, ob die Flüssigkeit
gefroren ist oder nicht. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass
die zum vollständigen Gefrieren der Flüssigkeit
erforderliche Zeitspanne um so länger ist, je geringer
der Unterschied zwischen der Temperatur am Ort der Vorrichtung und
der Gefriertemperatur der Flüssigkeit ist, so dass der
Vorgang des Gefrierens lange Zeit in Anspruch nehmen kann, während
der eine zuverlässige Ablesung der Vorrichtung nicht möglich
ist. Außerdem muss zum Feststellen, ob die Flüssigkeit
gefroren ist oder nicht, diese bekannte Vorrichtung in die Hand
genommen werden, so dass, wenn die Überwachung fortgesetzt
wird, nicht sichergestellt ist, dass die Messung an gleicher Stelle
und unter gleichen Bedingungen fortgesetzt wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung
in einem Kältegerät zu schaffen, die es erlauben,
einerseits eine über lange Zeitspannen (in der Größenordnung von
einer Stunde oder darüber) gemittelte Temperatur zu erfassen,
und die andererseits lang anhaltende Übergangszustände
vermeiden, in denen eine sichere Ablesung nicht möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Temperaturüberwachung
in einem Kältegerät mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
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Durch
die Verwendung der thermischen Puffermasse wird einerseits erreicht,
dass der Temperaturausgleich zwischen dem temperaturempfindlichen Element
und dessen Umgebung sich in ähnlicher Weise verzögert,
wie wenn dieses Element von einer thermischen Isolationsschicht
umgeben wäre, andererseits erlaubt die Puffermasse bei
geringen Temperaturdifferenzen zwischen ihr und dem temperaturempfindlichen
Element den Austausch von vergleichsweise großen Energiemengen,
die für einen Phasenübergang oder eine andere Änderung
einer temperaturabhängigen Eigenschaft des temperaturempfindlichen
Elements erforderlich sind. D. h., wenn die zur Temperaturüberwachung
zu beobachtende Eigenschaft des temperaturempfindlichen Elements dessen
Aggregatzustand ist, so kann, wenn die Puffermasse den Gefrierpunkt
des temperaturempfindlichen Elements erreicht bzw. unterschreitet,
zwischen der Puffermasse und dem temperaturempfindlichen Element
eine große Energiemenge übertragen werden und
der Phasenübergang kann erheblich schneller ablaufen, als
dies bei der bekannten Vorrichtung möglich ist, bei der
eine thermische Isolation den Wärmeaustausch zwischen der
Indikatorflüssigkeit und der Umgebung behindert.
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Das
temperaturempfindliche Element kann bei der vorliegenden Erfindung
von weitgehend beliebiger Art sein; es könnte sich um ein
thermoelektrisches Element, um ein herkömmliches, die Wärmeausdehnung
einer Flüssigkeit ausnutzendes Thermometer, oder dergleichen
handeln. Da es bei der Anwendung der Erfindung im Wesentlichen darum geht,
nachzuweisen, dass eine bestimmte gewünschte Kühltemperatur
für ein Kühlgut nicht überschritten wird,
kann als temperaturempfindliches Element bevorzugt ein Element mit
einer Eigenschaft eingesetzt werden, die jeweils in einem Temperaturbereich
unterhalb bzw. einem Temperaturbereich oberhalb der zu überwachenden Grenztemperatur zwei
verschiedene Werte aufweist und im Bereich der Grenztemperatur zwischen
diesen zwei Werten übergeht. Bei dieser Eigenschaft kann
es sich, wie bereits erwähnt und aus
DE-U 87 17 267 bekannt, um den Aggregatzustand
einer Indikatorflüssigkeit handeln, vorzugsweise ist die
Eigenschaft die temperaturabhängig veränderliche
Farbe einer Oberfläche des temperaturempfindlichen Elements.
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Die
Puffermasse ist vorzugsweise im gesamten Anwendungstemperaturbereich
der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, und ist in einem Behälter der erfindungsgemäßen
Vorrichtung enthalten. Der Behälter weist vorzugsweise
ein Fassungsvermögen für die Pufferflüssigkeit
im Bereich von 50 bis 250 cm3 auf.
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Das
temperaturempfindliche Element ist vorzugsweise in der Pufferflüssigkeit
schwimmfähig, so dass es allseitig von der Pufferflüssigkeit
umgeben und durch sie gegen schnelle Temperaturschwankungen der
Umgebung abgeschirmt ist.
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Die
Grenztemperatur, bei der die Eigenschaft des temperaturempfindlichen
Elements ihren Wert wechselt, liegt vorzugsweise zwischen +7 und +10°C.
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Die
Erfindung ist auch verwirklicht in einem temperaturempfindlichen
Element zur Verwendung in einer Vorrichtung wie oben definiert,
welches in Wasser schwimmfähig ist und eine Eigenschaft
aufweist, die oberhalb bzw. unterhalb einer zu überwachenden Grenztemperatur
verschiedene diskrete Werte annimmt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die
beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Kühlgerätes,
in welchem eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung gemäß der
vorliegenden Erfindung platziert ist;
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2 in
vergrößertem Maßstab die Vorrichtung
zur Temperaturüberwachung aus 1; und
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3 und 4 Abwandlungen
der Vorrichtung zur Temperaturüberwachung.
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1 zeigt
in einem schematischen Schnitt einen Haushaltskühlschrank 1 als
Beispiel für ein Kältegerät, in dem die
vorliegende Erfindung anwendbar ist. Der Innenraum 2 des
Kühlschranks 1 ist durch Fachböden 3 in
eine Mehrzahl von Fächern 4, 5 unterteilt.
Die oberen drei Fächer 4 sind durch einen (nicht
dargestellten) Verdampfer gekühlt, der an einer Rückwand
des Innenraums 2 angebracht ist. Das zu unterst gelegene
Fach 5 steht nicht in unmittelbarem Kontakt mit dem Verdampfer
und ist lediglich durch Wärme- und/oder Luftaustausch mit
dem darüberliegenden Fach 4 gekühlt.
Es ist daher im Allgemeinen warmer als die Fächer 4.
Auch die Fächer 4 können jedoch untereinander
unterschiedliche Temperaturen aufweisen, da der Wärmeeintrag
von außen in die Fächer 4 je nach ihrem
Anteil an der Wandfläche des Innenraums 2 bzw.
an einer Magnetdichtung 6, die zwischen Gehäuse
und Tür des Kühlschranks 1 verläuft,
unterschiedlich ist. Auch in Tiefenrichtung eines Fachs 4 kann
sich zwischen dem Verdampfer an der Rückwand und der Tür
ein Temperaturgradient einstellen, der dazu führt, dass
der rückwärtige Bereich eines Fachs 4 für
die Lagerung eines bestimmten Lebensmittels noch geeignet sein kann,
während in einem vorderen Bereich bereits zu hohe Temperaturen
vorliegen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperaturüberwachung
ist in 1 mit 10 bezeichnet und in 2 vergrößert
dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen durchsichtigen Behälter 11,
z. B. aus Glas oder transparentem Kunststoff, der mit Wasser 12 gefüllt
ist, in dem ein Schwimmkörper 13 schwimmt. Der
Schwimmkörper 13 dient in später noch
genauer beschriebener Weise als ein temperaturempfindliches Element,
d. h. ein Element mit einer in Abhängigkeit von der Temperatur
augenfällig variablen Eigenschaft. Die Dichte des Schwimmkörpers 13 ist
exakt an die des Wassers 12 angeglichen, so dass der Schwimmkörper 13 frei
im Wasser 12 schwebt und Konvektionsströmungen,
die sich in dem Wasser 12 im Laufe eines Temperaturausgleichs
zwischen dem Wasser 12 und der Umgebung der Vorrichtung
ausbilden können, ungehindert folgen kann. Die Gestalt
des Schwimmkörpers 13 ist weitgehend beliebig,
hier hat er die Gestalt eines Fisches, um die erfindungsgemäße
Art der Anwendung des Schwimmkörpers 13, in Wasser
schwimmend, einem Benutzer auch dann in Erinnerung zu rufen, wenn
der Schwimmkörper 13 außerhalb des Kühlschranks 1,
eventuell getrennt von dem Behälter 11, aufbewahrt
wird.
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Der
Schwimmkörper 13 kann z. B. als Hohlkörper
aus Kunststoff ausgebildet sein, dessen innerer Hohlraum die für
das Schweben des Schwimmkörpers 13 im Wasser erforderliche
Menge eines Ballastmaterials wie etwa Sand enthält. Die
Außenseite des Schwimmkörpers 13 ist
wenigstens lokal, hier im Bereich der Augen 14 des Fisches,
mit einem Farbstoff eingefärbt, der in einem engen Temperaturintervall
von wenigen Grad seine Farbe deutlich sichtbar ändert.
Derartige Farbstoffe, die z. B. bei Überschreitung einer
Grenztemperatur von schwarz nach grün umschlagen, sind
für eine Vielzahl von Grenztemperaturen bekannt und werden
herkömmlich für den Bau von optischen Temperaturanzeigeelementen eingesetzt.
Die Umschlagtemperatur des für die Augen 14 verwendeten
Farbstoffs liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich
von +7 bis +10°C.
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Wenn
die Vorrichtung 10 mit einer Menge von z. B. ca. 125 cm3 Wasser im Behälter 11 in
dem Kühlschranks 1 platziert wird, so dauert es
wenigstens eine Stunde, bis im Rahmen der Anzeigegenauigkeit des
Farbstoffs die Temperatur des Wassers 12 sich der des Innenraums 2 angeglichen
hat. Wenn nach dieser Zeitspanne die Augen des Fisches schwarz sind,
so bedeutet dies, dass die Temperatur am Ort der Vorrichtung für
die Lagerung der meisten verderblichen Lebensmittel niedrig genug
ist. Sind die Augen des Fisches jedoch grün, so muss der Thermostat
des Kühlschranks 1 auf eine niedrigere Temperatur
eingestellt werden, um leicht verderbliche Lebensmittel am Ort der
Vorrichtung 10 längere Zeit lagern zu können.
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Die 3 und 4 zeigen
jeweils eine Abwandlung der Vorrichtung 10 aus 2.
Bei der Abwandlung der 3 ist der Schwimmkörper 13 spezifisch
schwerer als Wasser und ist an einem auf der Wasseroberfläche
schwimmenden Hohlkörper 15 über einen
kurzen Faden 16 aufgehängt, dessen Länge
so bemessen ist, dass der Schwimmkörper 13 etwa
auf halber Höhe im Wasser 12 schwimmt, wenn der
Behälter 11 im Wesentlichen mit Wasser gefüllt ist,
wie in der Fig. gezeigt.
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Bei
der Abwandlung der 4 ist umgekehrt der Schwimmkörper 13 spezifisch
leichter als Wasser, und er ist durch einen Faden 16 mit
einem Ballastkörper 17 verbunden, der dichter
als Wasser ist und am Boden des Behälters 11 liegt
und so den Schwimmkörper 13 auf halber Höhe
des Wassers 12 hält.
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Der
Vorteil dieser zwei Abwandlungen liegt darin, dass der Schwimmkörper 13 auch
dann im Wasser 12 frei schwimmend gehalten ist und nicht etwa
am Boden des Behälters 11 liegt oder an der Wasseroberfläche
treibt, wenn die Dichte des Schwimmkörpers von der des
Wassers abweicht. Die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Herstellung
des Schwimmkörpers 13 sind daher geringer als im
Falle der Vorrichtung aus 2, und die Herstellung des Schwimmkörpers
ist dementsprechend einfacher.
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Der
Behälter 11 ist nicht spezifisch an seine Anwendung
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angepasst.
Als Behälter 11 kann z. B. ein Trinkglas, ein
leeres Konservenglas oder ein ähnlicher durchsichtiger
Behälter verwendet werden, der in einem Haushalt normalerweise
vorhanden ist und möglicherweise hauptsächlich
für andere Zwecke genutzt wird. Um einem Anwender die Durchführung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen,
genügt daher, wenn als Zubehör zu einem Kältegerät, an
dem die Vorrichtung durchgeführt werden soll, lediglich
der Schwimmkörper 13 (gegebenenfalls zusammen
mit dem Hohlkörper 15 oder dem Ballastkörper 17)
vom Hersteller des Kältegeräts zur Verfügung gestellt
wird. Wenn der Anwender die Vorrichtung zeitweilig nicht benutzt,
genügt es, wenn er den Schwimmkörper 13 für
eine spätere Verwendung aufhebt; denn der Schwimmkörper
kann bei einer späteren erneuten Anwendung ohne weiteres
in einem anderen Behälter 11 eingesetzt werden,
der zur betreffenden Zeit gerade zur Verfügung steht.
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Anstelle
eines Schwimmkörpers, der nur auf eine einzige kritische
Temperatur reagiert, wie oben beschrieben, könnte natürlich
auch ein auf mehrere Temperaturen reagierender Schwimmkörper
vorgesehen werden. Bei einem solchen Schwimmkörper könnten
an verschiedenen Bereichen seiner Oberfläche jeweils Farbstoffe
mit verschiedenen Farbwechseltemperaturen aufgebracht sein, oder
es könnte an einem gleichen Bereich ein Farbstoff oder
Farbstoffgemisch aufgebracht sein, das drei (oder mehr) Farben annehmen
kann, je nachdem, ob die Temperatur unterhalb einer niedrigen kritischen
Temperatur, oberhalb einer hohen kritischen Temperatur oder dazwischen
liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8717267 [0005, 0009]