DE3814238A1 - Nofrost-kuehlverfahren fuer einen kuehlbereich ueber 0(grad) c - Google Patents

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.