DE3814238A1 - Nofrost-kuehlverfahren fuer einen kuehlbereich ueber 0(grad) c - Google Patents
Nofrost-kuehlverfahren fuer einen kuehlbereich ueber 0(grad) cInfo
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Description
In den letzten Jahren wurden mit großem Erfolg Nofrost-Kühlschränke auf
den Markt gebracht, die den großen Vorteil haben, daß das sonst auf
tretende Vereisen des Kühlraumes vermieden wird und damit auch das lästige
Abtauen des Eisbefalles.
Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß in einem getrennten
Abteil des Kühlschrankes Luft am Verdampfer der Kältemaschine tiefgekühlt
wird und dies tiefgekühlte Luft von einem Lüfter in den eigentlichen
Kühlraum befördert wird, bis dort die gewünschte Mischtemperatur erreicht
ist und ein Thermostat den Lüfter abschaltet. Der Verdampfer der Kälte
mschine beschlägt sich mit der Feuchtigkeit der umgewälzten Luft und
vereist nach wie vor. Aber dieser Vorgang erstreckt sich nicht auf den
eigentlichen Kühlraum. Der Verdampfer wird in gewissen Abständen durch
Erwärmung abgetaut und das Schmelzwasser wird abgeleitet ohne zu stören.
Wegen der genannten Vorteile - kein Vereisen und kein Abtauen - hat dieses
Verfahren in kurzer Zeit den Markt erobert.
Der Hauptnachteil des Verfahrens besteht darin, daß der Luft beim Tief
kühlen die Feuchtigkeit entzogen wird und daher im Kühlraum eine außer
ordentlich geringe Luftfeuchtigkeit besteht. Dies führt wieder dazu, daß
in solchen Kühlschränken gekühlte Lebensmittel, soweit sie nicht luftdicht
verpackt sind, schnell austrocknen und an Geschmack und Haltbarkeit ver
lieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches diesen
wesentlichen Nachteil vermeidet und auch weiterhin die Vorteile des Nofrost-
Verfahrens aufweist.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß dem Kühlraum nicht durch Kalt
luft, sondern durch Konvektoren die Kälte zugeführt wird und die ge
wünschte Temperatur, durch gesteuerte Zufuhr von Frischluft höherer Temperatur
in den Kühlraum, geregelt wird. Dabei ist Voraussetzung, daß die dem Kühl
raum in der Zeiteinheit zugeführte Kältemenge kleiner ist, als die bei
maximaler Frischluftzufuhr zugeführte Wärmemenge. Andernfalls würde bei
überwiegender Kältemenge die Temperatur immer weiter fallen und evtl. bis
unter 0°C mit allen Vereisungsfolgen absinken.
Die zugeführte Frischluft sorgt dafür, daß der Kühlraum nicht zu kalt
wird und der vorgesehene Kühlbereich eingehalten wird.
Die einströmende Frischluft wird naturgemäß durch die Konvektoren abge
kühlt und würde nach ihrem Austreten aus dem Kühlraum einen Kälteverlust
bedeuten, daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die abgekühlte Ab
luft einem Wärmetauscher zuzuführen, der z.B. dem warmen Kondensator der
Kältemaschine zugeordnet ist, so daß die Kälte wieder dem Kreislauf der
Kältemaschine zugeführt wird.
Diese Wirkung kann man noch dadurch erhöhen, daß die im Wärmetauscher
erwärmte Abluft in einen geschlossenen Kreislauf dem Kühlraum wieder als
Frischluft zugeführt wird. Die Bezeichnung Frischluft ist in diesem Zu
sammenhang so zu verstehen, daß es sich um Luft handelt, die jeweils
dem Kühlraum wieder frisch zugeführt wird, wobei eine Vorbehandlung er
findungsgemäß empfohlen wird. Diese Vorbehandlung kann beispielweise eine
Erwärmung, wie vorhin beschrieben, aber auch eine Kühlung sein. Ebenso
ist eine Filterung, z.B. mit einem Aktivkohlefilter zweckmäßig um eine
Geruchseinwirkung zu vermeiden, falls in der Küche Zigarettenrauch oder
sonstige Kochdünste miteingesaugt würden.
Ein erfindungsgemäßer Kühlschrank erfordert somit mindestens einen Zuluft
und einen Abluftkanal zwischen dem Kühlraum und der Frischluft, wobei ein
Lüfter mit Temperaturregelung den Luftaustausch überwacht. Dabei ist es un
erheblich, ob der Lüfter in dem Zuluft- oder im Abluftkanal angeordnet ist.
Beim Öffnen der Tür des Kühlraumes strömt meist wärmere Umgebungsluft ein
und es kann länger dauern, um von einer höheren Temperatur wieder in den
gewünschten Kühlbereich zu kommen. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
einen weiteren Zuluftkanal für Kaltluft anzuordnen und mit einem weiteren
Lüfter mit Temperaturregelung dafür zu sorgen, daß in einem solchen Fall
Kaltluft statt Frischluft dem Kühlraum zugeführt wird. Die Temperaturregelung
sorgt dann dafür, daß die Kaltluftzufuhr nahe oder beim Erreichen des Kühl
bereiches abgeschaltet wird und die Frischluftregelung wieder die Funktion
übernimmt.
Anstelle eines zweiten Lüfters kann selbstverständlich auch ein Um
schaltventil vorgesehen werden, um im Bedarfsfall von Frischluft auf
Kaltluft umzuschalten.
Um die Voraussetzung zu erfüllen, dass von den Konvektoren immer weniger
Kälte zugeführt wird, als bei maximaler Frischluftzufuhr an Wärme in den
Kühlraum gelangt, besteht eine erfindungsgemäße Anordnung darin, daß
man die dem Kühlraum zugewandten Oberflächen der Konvektoren sehr gut
wärmeleitend gestaltet, um die einströmende Luft schnell auf die niedrige
Temperatur zu bringen, aber unter der Oberfläche weniger gut leitende
Schichten anordnet, um den Kältetransfer durch die Wandung der Konvektoren
zu reduzieren.
Eine gute Kälteübertragung von den Oberflächen der Konvektoren auf die
Frischluft wird durch die Anordnung von Kühlrippen oder anderen, die
Oberflächen vergrößernde Formen, erreicht. Auch die Gestaltung, zumindest
eines Teiles der Wandungen des Kühlraumes als Konvektoren trägt zur
Leistungssteigerung und kostensparender Bauweise bei.
Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, die Konvektoren als Kältespeicher
auszubilden, wobei die Ausbildung der Konvektoren als latente Kältespeicher
in einfachster Weise möglich ist. Gerade in einem Temperaturbereich oberhalb
0°C ist die Verwendung von Wasser oder einem Wassergemisch mit geringem
Zusatz eines den Gefrierpunkt senkenden Mittels möglich und kostengünstig.
Eine weitere konstruktive Maßnahme um empfindliche Lebensmittel schonend zu
konservieren, ohne in den Bereich der Gefriertemperaturen zu kommen, besteht
darin, im Kühlraum einen Innenbehälter zur Aufnahme des Kühlgutes vorzusehen
und die Zuluftkanäle derart anzuordnen, daß die Frischluft zumindest teil
weise in den Raum zwischen der Innenwand des Kühlraumes und dem Innenbe
hälter einströmt. Dadurch werden örtliche Unterkühlungen vermieden.
Um auch bereits vorhandene Kühlschränke auf das neue Verfahren umrüsten zu
können, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, den Kühlraum als selb
ständige Einheit in Form eines Einschubes aufzubauen, wobei die Wandungen
zur Kälteübertragung dienen, durch welche die Kälte des Gefrierschrankes
in den Kühlraum gelangen kann.
In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, auch die zusätzlich erfoder
lichen Bauteile, wie Lüfter und Thermostate in den Einschub einzubauen
und zwar im Bereich der geregelten Temperatur über 0°C. Die Frischluft
kanäle und Abluftkanäle können bei so einer Ausführung als flache Schläuche
ausgebildet sein, die auch ohne weiteres durch den Türspalt der Tür des
Gefrierschrankens nach außen geführt werden können.
Um eine erfindungsgemäße Einrichtung auch an die individuellen Bedürf
nisse und die jahreszeitlichen Unterschiede anpassen zu können, wird
ferner vorgeschlagen, im Bereich des Frischluftkanals und/oder des Ab
luftkanals eine von Hand einstellbare Drosselklappe vorzusehen. Dem
gleichen Zweck dient auch eine von Hand verstellbare Drosselklappe, welche
im Bereich der Konvektoren die Kältezufuhr variiert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gefrier
schrankes (25), welcher in seinem oberen Teil einen Kühlraum (1) aufweist.
Darunter befindet sich ein Tiefkühlfach (34) in dem sich auch der Ver
dampfer (27) der Kältemaschine (5) befindet. Der Kühlraum (1) und das Tief
kühlfach (34) sind durch eine Zwischenwand (16) getrennt, die im wesentlichen
den Kältezustrom in den Kühlraum (1) bestimmt. Die Kälte gelangt nach diesem
gedrosselten Durchgang durch die Zwischenplatte (16) an den Konvektor (2)
der aus gut wärmeleitendem Material, z.B. Aluminium besteht. Um die Wirkung
dieses Konvektors zu erhöhen, ist er auch seitlich an den Wandungen in Form
von Verlängerungen (26) hochgeführt. Ebenso dienen der Verbesserung die
Rippen (17).
Der Konvektor (2) wird sich nun infolge des Kältestromes abkühlen, aber
sobald eine bestimmte Temperatur, z.B. +2°C erreicht ist, schaltet die
Temperaturregelung (10) den Lüfter (9) ein und es gelangt Frischluft durch
den Frischluftkanal (6) in den Kühlraum (1). Der Konvektor (2) wird ge
wärmt und auf der Temperatur 2°C gehalten. Sobald die Temperatur jedoch
2°C übersteigt, schaltet die Temperaturregelung (10) den Lüfter (9) ab
und der Kühlraum (1) steht wieder ausschließlich unter dem Einfluß des
kühlenden Konvektors (2).
Beim Einströmen der Frischluft durch den Frischluftkanal (6) wird im Kühl
raum Luft verdrängt, sie gelangt durch den Abluftkanal (7) nach außen.
Um zu vermeiden, daß dabei Kälte verloren geht wird die Abluft durch
einen Wärmetauscher (3) geführt, der den Kondensator (4) der Kältemaschine
(5) kühlt. Auf diese Art wird die Kälte wieder dem primären Kältekreis
zugeführt und sie geht nur in geringem Maße verloren. Dem primären Kälte
kreis, bestehend aus der Kältemaschine (5), dem Kondensator (4), einem
Drosselventil (8) und dem Verdampfer (27) wird durch das Abkühlen des
Kondensators Kälte zugeführt. Der Wärmetauscher (3) kann selbstverständ
lich auch unabhängig von dem Kondensator (4) getrennt aufgebaut werden, wie
dies bei Kälteanlagen üblich ist.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, den Abluftkanal (7) durch die
Verbindung (23) mit dem Frischluftkanal (6) zu verbinden, so daß ein
geschlossener Kreislauf entsteht.
In Fig. 1 ist auch eine zweckmäßige Ausbildung des Verdampfers (27) in
Kombination mit einem Kältespeicher (19) schematisch dargestellt, wobei
für die entsprechenden Temperaturen auch ein mit Flüssigkeit (20) ge
füllter latenter Kältespeicher in Frage kommt.
Da beim Öffnen des Kühlschrankes und beim Einlegen von frischen Lebens
mitteln die Temperatur im Kühlschrank wesentlich ansteigt, wäre unter
Umständen ein Abkühlen in den gewünschten Kühlbereich, infolge des ge
drosselten Kältestromes durch die Platte (16), sehr langsam. Um eine
schnellere Abkühlung zu erreichen, besteht daher eine Verbindung vom Kühl
raum (1) über den Kaltluftkanal (11) und den zweiten Lüfter (12) zum Tief-
Kühlfach (34). Sobald die Temperatur im Kühlraum (1), nach Öffnen der Tür,
über einen Wert von z.B. +4°C steigt, schaltet die Temperaturregelung (13)
den Lüfter (12) ein und es gelangt zusätzlich Kaltluft vom Tiefkühlfach (34)
in den Kühlraum (1) bis die Temperaturregelung (13) wieder bei +4°C den
Lüfter (12) abschaltet. Dann übernimmt wieder die Temperaturregelung (10)
mit dem Lüfter (9) ihre Funktion, d.h. der Lüfter (9) wird erst dann ein
geschaltet, wenn die Temperatur im Kühlraum (1) unter +2°C sinkt.
In Fig. 2 ist dargestellt, daß man anstelle von den beiden Lüftern (9)
und (12) auch mit einem einzigen Lüfter (9) arbeiten kann, indem ein Um
schaltventil (14) einmal den Frischluftkanal (6) und einmal den Kaltluft
kanal (11) mit dem Lüfter (9) verbindet.
In Fig. 1 sind noch weitere Details der Erfindung dargestellt.
Da die Anordnung von latenten Kältespeichern in einfacher Weise größere
Kältemengen sammeln kann, wird empfohlen, einen solchen Gefrierschrank
mit einer Schaltuhr (33) zu versehen, welche die Kältemaschine (5), die
wie üblich über einen Thermostat (32) des Tiefkühlfaches (34) geschaltet
wird, nur zu solchen Zeiten an den Netzanschluß (31) zu legen, wenn z.B.
billige Nachtstromtarife zur Verfügung stehen. Durch diese Maßnahme können
nicht nur die Betriebskosten gesenkt, sondern auch Stromversorgungsprobleme
gemildert werden.
Da eine erfindungsgemäße Frischluftkühlung mit feuchter Luft und genau
geregelten Temperaturen mit knapp über 0°C den Geschmack und die Halt
barkeit der Lebensmittel wesentlich verbessert, wird eine Lösung vorge
schlagen, welche auch den nachträglichen Einbau eines solchen Kühlraumes
in vorhandene Tiefkühlgeräte ermöglicht. Dazu werden vorallem die Bauteile
zur Kälteübertragung zu einer Einheit in Form eines Einschubes (28) zu
sammengefaßt. Ein solcher Einschub (28) trägt zweckmäßigerweise auch
den Lüfter (9) und die Temperaturregelung (10), evtl. auch Filter oder
Befeuchtungsgeräte (24).
In Fig. 1 ist auch schematisch eine Drosselklappe (35) dargestellt, welche
den Kälteübergang durch die Platte (16) verändern kann. Dies hat den Zweck
z.B. im Sommer oder in heißen Gegenden den Kältefluß zu vergrößern.
Einem ähnlichen Zweck dient die Drosselklappe (36), die den Luftstrom dem
ensprechend beeinflußt.
Das dargestellt Ausführungsbeispiel Fig. 1 und Fig. 2 zeigt wie zahlreich
die Varianten und Möglichkeiten eines erfindungsgemäßen Kühlschrankes
mit Frischluftkühlung sind. Selbstverständlich können auch alle übrigen
bekannten Maßnahmen mit diesem System kombiniert werden um eine Anpassung
an andere Konstruktionskonzepte zu erreichen. In diesme Sinne sind auch
die schematischen Darstellungen als nicht beschränkende Beispiele aufzu
fassen.
Claims (21)
1. Nofrost-Kühlverfahren für einen Kühlbereich über 0°C, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Kühlraum (1) Kälte durch Konvektoren (2)
zugeführt wird und die gewünschte Temperatur durch gesteuerte Zufuhr von
Frischluft höherer Temperatur in den Kühlraum (1) geregelt wird, wobei
die dem Kühlraum (1) in der Zeiteinheit zugeführte Kältemenge kleiner
ist, als die bei maximaler Frischluftzufuhr zugeführte Wärmemenge.
2. Nofrost-Kühlverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die von der einströmenden Frischluft verdrängte, abgekühlte Abluft einem
Wärmetauscher (3) des Kondensators (4) der Kältemaschine (5) zugeführt
wird.
3. Nofrost-Kühlverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abluft nach Erwärmuung im Wärmetauscher (3) in einem geschlossenen Kreis
lauf (23) dem Kühlraum (1) wieder als Frischluft zugeführt wird.
4. Nofrost-Kühlverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Überschreiten der oberen Grenztemperatur des Kühlbereiches statt Frisch
luft solange Kaltluft zugeführt wird bis die Temperatur des Kühlraumes
(1) im/oder nahe dem Kühlbereich liegt.
5. Nofrost-Kühlverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zugeführte Frischluft vorbehandelt, d.h. beispielsweise gekühlt,
gefiltert und/oder angefeuchtet und/oder mit Konservierungsmittel
versehen ist.
6. Einrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein Frischluftkanal (6) und ein Abluft
kanal (7) zwischen dem Kühlraum (1) und der umgebenden Luft und ein
Lüfter (9) mit Temperaturregelung (10) vorhanden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer
Zuluftkanal (11) für Kaltluft und ein weiterer Lüfter (12) mit Temperatur
regelung (13) vorhanden ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Um
schaltventil (14) von Frischluft auf Kaltluft vorhanden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Kühlraum (1) zugewandten Oberflächen der Konvektoren (2) sehr
gut wärmeleitend sind und unter den Konvektoren (2) weniger gut
leitende Schichten (16) angeordnet sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Kühlraum (1) zugewandten Oberflächen der Konvektoren (2) mit Kühl
rippen (17) oder anderen, die Oberflächen vergrößernden Formen,
versehen sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest
ein Teil der Wandungen des Kühlraumes (1) als Konvektoren (26) aus
gebildet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon
vektoren (2) und/oder die Verdampfer (27) als Kältespeicher (19) aus
gebildet sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte
speicher (19) mit Flüssigkeit (20) gefüllt als latente Kältespeicher
ausgebildet sind.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlraum (1) ein Innenbehälter (21)
zur Aufnahme des Kühlgutes vorhanden ist und die Frischluftkanäle (6)
derart angeordnet sind, daß die Frischluft zumindest teilweise in
den Raum (22) zwischen der inneren Oberfläche (15) des Kühlraumes (1)
und dem Innenbehälter (21) einströmt.
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlraum (1) als Einschub (28) in
einen Gefrierschrank (25) ausgebildet ist, wobei die Wandungen zur
Kälteübertragung dienen, durch welche die Kälte des Gefrierschrankes
(25) in den Kühlraum (1) gelangt.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frisch
luftkanäle (6) und Abluftkanäle (7) als dünne, flache Schläuche aus
gebildet sind, die durch den Türspalt der Tür des Gefrierschrankes (25)
nach außen geführt sind.
17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Lüfter (12)
und Temperaturregelung (13) am Einschub (28) angeordnet sind.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Lüfter (12)
und Temperaturregelung (13) im innern des Einschubes (28) im Temperatur
bereich über 0°C angeordnet sind.
19. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Frischluftkanals (6) und/
oder des Abluftkanals (7) eine von Hand einstellbare Drosselklappe (18)
vorhanden ist.
20. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der weniger gut leitenden Schicht (16)
eine von Hand verstellbare Drosselklappe (18) zur Veränderung des
Kältetransfer vorhanden ist.
21. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltuhr (33) vorhanden ist, welche
die Kältemaschine (5) nur zu bestimmten Zeiten anschaltet.
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