DE9004370U1 - Device for producing clear ice pieces with control circuit - Google Patents
Device for producing clear ice pieces with control circuitInfo
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Description
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A 1076A1076
14. Mai 199014 May 1990
Arisielder: Gaggenau-Werke Haus- u.v) Lufttechnik GmbH, Gaggenau, DEArisielder: Gaggenau-Werke Haus- u.v) Lufttechnik GmbH, Gaggenau, DE
Vorrichtung zur Herste1-unq von Klareisstücken mit SteuerschaltungDevice for producing clear ice pieces with control circuit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Klareisstücken, insbesondere zur Benutzung in Verbindung mit Kühl- oder Gefriergeräten, bei der in einer Wanne eine Wasserströmung erzeugt wird, welche Kühlfinger zum Ansatz der Eirstücke umspült und bei der die Kühlfinger mit einer mit tiefgekühltem Kältemedium gespeisten Kältemittel leitung in wärmeleitender Verbindung stehen, wobei ferner eine elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen der Kühlfinger beim Loslösen der Klareisstücke vorgesehen ist. Außerdem wird eine Steuerschaltung zur elektrischen Temperatursteuerung einer solchen Vorrichtung angegeben.The invention relates to a device for producing clear ice pieces, in particular for use in connection with refrigerators or freezers, in which a water flow is generated in a tub, which flows around cooling fingers for attaching the ice pieces and in which the cooling fingers are in a heat-conducting connection with a coolant line fed with a deep-frozen cooling medium, wherein an electrical heating device is also provided for heating the cooling fingers when the clear ice pieces are released. In addition, a control circuit for electrical temperature control of such a device is specified.
Durch die deutsche Gebrauchsmusterschrift 88 12 951 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Klareisstücken bekannt, bei der in einer durch einen Schaukelantrieb bewegbaren Wanne eine hin- und hergehende Wasserströmung erzeugt wird, welche die in die Wanne hineinragenden mit der Kältemittel leitung einer Kühlvorrichtung verbundenen Kühlfinger zum Ansatz der Eisstücke umspült, und bei der die Eisbildung gezielt --on den Kühlfingern ausgehend erfolgt. The German utility model 88 12 951 discloses a device for producing clear ice pieces, in which a back and forth flow of water is generated in a tub that can be moved by a rocking drive, which flows around the cooling fingers that protrude into the tub and are connected to the coolant line of a cooling device to form the ice pieces, and in which the ice is formed in a targeted manner - starting from the cooling fingers.
Das Loslosen der :n den Kühlfingern festgefrorenen hohlen Klareisstücke wird in bekannter Weise durch Beheizen der Kühlfinger durchgeführt. Eine Beheizung der in einzelnen Kompartments einer Wanne erzeugten Klareisstücke zur Ablösung nach Beendigung des Gefriervorgangs ist u.a. in der europäischen Patentschrift 0 333 887 beschrieben.The release of the hollow pieces of clear ice frozen in the cooling fingers is carried out in a known manner by heating the cooling fingers. Heating the pieces of clear ice produced in individual compartments of a tub for release after the freezing process has ended is described in European patent specification 0 333 887, among others.
Aus der deutschen Patentschrift 33 14 056 ist ein Gefriergerät, insbesondere ein Gefrierschrank bekannt, bei dem das Verdampfersystem in wenigstens zwei Verdampferabschnitte unterteilt ist, die thermisch getrennten Abteilen des Gehäuses zugeordnet sind. Dabei ist mindestens ein Verdampferabschnitt durch eine steuerbare Umgehungsleitung überbrückbar, und dem überbrückten Verdampferabschnitt ist ein weiterer Verdampfer zugeordnet, dessen wirksame Oberfläche gegenüber derjenigen des überbrückten Verdampferabschnitts wesentlich kleiner ist. Dadurch sollen die durch den schwankenden Beladungszustand und Ausnutzungsgrad entstehenden Nachteile durch eine ökonomische Anpassung der Verdampfeileistung an den Beladungszustand ausgeglichen werden. Die Umschaltung erfolgt durch Dreiwege-Majnetventile. Ei.ne Umschaltung des Kältemittelflusses zwischen zwei jeweilsFrom the German patent specification 33 14 056, a freezer, in particular a freezer cabinet, is known in which the evaporator system is divided into at least two evaporator sections, which are assigned to thermally separated compartments of the housing. At least one evaporator section can be bridged by a controllable bypass line, and the bridged evaporator section is assigned a further evaporator, the effective surface of which is significantly smaller than that of the bridged evaporator section. This is intended to compensate for the disadvantages caused by the fluctuating load state and degree of utilization by economically adapting the evaporator performance to the load state. The switching is carried out by three-way solenoid valves. A switching of the coolant flow between two
einzeln eingeschalteten Verdampfern ist in der deutschen Patentschrift 30 24 590 beschrieben. Dabei handelf ss sich «im ein Haushaltskühl- oder Gefriergerät, bei dem außer dem Abteil zum Einlagern von Kühlgut ein weiteres Abteil zur Bereitung von gekühltem Trinkwasser vorgesehen ist. Der eine Verdampfer ist dem Abteil für Kühlgut und der andere Verdampfer dem Abteil zur Vorratshaltung gekühlten Trinkwassers zugeordnet.The German patent specification 30 24 590 describes a system of individually switched on evaporators. This is a household refrigerator or freezer in which, in addition to the compartment for storing refrigerated goods, there is another compartment for preparing chilled drinking water. One evaporator is assigned to the compartment for refrigerated goods and the other evaporator to the compartment for storing chilled drinking water.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Kühl-oder Gefriergeräten so auszubilden, daß bei geringem zusätzlichen Kältemittelverbrauch eine Erzeugung von einwindfrei klaren Eisstücken erreicht wird.The invention is based on the task of designing a device of the type described above, in particular for use in conjunction with refrigerators or freezers, in such a way that, with little additional coolant consumption, clear ice pieces are produced without any wind.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, daß zwischen Kältemittelleitung und Kühlfinger eine Wärmesperre eingeschaltet ist, und daß die elektrische Heizvorrichtung hinter der Wärmesperre liegt. Eine solche Ausbildung bietet den Vorteil, daß die Kühlfinger nicht durch unmittelbaren Wärmekontakt mit der Kältemittelleitung, weiche ein bis zu -300C kaltes Kältemedium enthält, zu stark abgekühlt werden, und daß damit die Oberflächentemperatur der Kühlfinger nicht unter einen für die Klareisherstellung günstigen unteren Grenzwert, insbesondere von -100C absinkt. Außerdem läßt sich die zur Einhaltung einer solchen Temperaturgrenze evtl. erforderliche zusätzliche Beheizung mit verringerter Rückwirkung auf die Kältemittelleitung und damit geringerem Aufwand an Kälteleistung durchführen.To solve this problem, a thermal barrier is installed between the coolant line and the cooling finger, and the electric heating device is located behind the thermal barrier. This type of design offers the advantage that the cooling fingers are not cooled too much by direct thermal contact with the coolant line, which contains a coolant that is as cold as -30 0 C, and that the surface temperature of the cooling fingers does not fall below a lower limit that is favorable for the production of clear ice, in particular -10 0 C. In addition, any additional heating that may be required to maintain such a temperature limit can be carried out with reduced impact on the coolant line and thus less cooling power is required.
Der Begriff "Wärmesperre" soll dabei einstückige oder zusammengesetzte Wärmedämmelemente umfassen, welche den Wärmeübergang von der Kältemittelleitung zu dem Gefrierabschnitt des Künlfingers vermindern. Anstelle einer mit tiefgekühltem Kältemedium gespeisten Kältemittelleitung kann auch eine andere, z.B. eine massiv metallene Kälteleitung, benutzt werden, welche mit einem Kälteerzeuger beliebiger Bauart in Verbindung steht.The term "thermal barrier" is intended to include one-piece or composite thermal insulation elements that reduce the heat transfer from the coolant line to the freezing section of the Künlfinger. Instead of a coolant line fed with a deep-frozen coolant, another one, e.g. a solid metal coolant line, can also be used, which is connected to a cold generator of any design.
Es kann ferner zweckmäßig sein, daß die Kühlfinger aus einem mit der Kältemittelleitung verbundenen metallenen Ansatzstück und einem mit der Heizvorrichtung verbundenen metallenen Fingerteil zusammengesetzt sind, und daß zwischen Ansatzstück und Fingerteil die Wärmesperre aus schlecht wärmeleitendem Material zwischengeschaltet ist. Damit ergibt sich einerseits eine Verminderung der Wärmeübertragung von der Kältemittelleitung auf den Gefrierabschnitt des Kühlfingers, und andererseits wird bei einer Beheizung dieses Abschnitts die unerwünschte Rückwirkung auf die Kältemittelleitung weitgehend eingeschränkt.It may also be expedient for the cooling fingers to be composed of a metal attachment piece connected to the coolant line and a metal finger part connected to the heating device, and for the heat barrier made of poorly heat-conducting material to be interposed between the attachment piece and the finger part. This results in a reduction in the heat transfer from the coolant line to the freezing section of the cooling finger on the one hand, and on the other hand, when this section is heated, the undesirable effect on the coolant line is largely limited.
Bei einer solchen Ausbildung kann es vorteilhaft sein, dsß das Ansatzstück mit dem Fingerteil durch eine schlecht wärmeleitende Schraubverbindung unter Zwischenlage einer Wärmedämmscheibe verbunden ist. Dabei können die Schraubverbindung, beispielsweise in Form einer Madenschraube, und/oder die Wärmedämmscheibe aus Metall, insbesondere Edelstahl, aber auch gegebenenfalls aus Kunststoff bestehen. With such a design, it can be advantageous that the attachment piece is connected to the finger part by a screw connection with poor heat conduction and a heat-insulating disc in between. The screw connection, for example in the form of a grub screw, and/or the heat-insulating disc can be made of metal, in particular stainless steel, but also possibly of plastic.
Die Wärmedämmscheibe kann zweckmäßig als Befestigungselement für die Heizvorrichtung ausgebildet sein, undThe thermal insulation disc can be conveniently designed as a fastening element for the heating device, and
zwar vorteilhaft derart, daß die Wärmedämmscheibe Aussparungen aufweist, in die Haltestücke eines Trageelementes zur Aufnahme einer elektrischen Heizwicklung eingreifen. Ein aolches Trageelement kann zweckmäßig topfförmig, aus wärmeisolierendem Material, beispielsweiseadvantageously in such a way that the heat-insulating disc has recesses into which the holding pieces of a support element engage to accommodate an electrical heating coil. Such a support element can be pot-shaped, made of heat-insulating material, for example
j aus Kunststoff, ausgebildet sein.j made of plastic.
\ In einer günstigen Ausbildung ist an dem hinter der \ In a cheap education, the one behind the
; Wärmesperre liegenden Fingerteil ein elektrisches; Heat barrier located finger part an electric
Temperaturfühlerelement vorgesehen.Temperature sensor element provided.
j In weiterer bevorzugter Ausbildung der Erfindung kann diej In a further preferred embodiment of the invention, the
! Kältemittelleitung wahlweise bei der Klareisbereitung mit! Refrigerant line optionally for clear ice preparation with
: dem Verdampfer eines Kühl- oder Gefriergerätes, insbe-: the evaporator of a refrigerator or freezer, in particular
: sondere eines Haushaltskühlschranks,in Reihe geschaltet: special of a household refrigerator, connected in series
werden. Dadurch wird ein weiteres Kompressor-Kühlaggregat erspart und der vorhandene Kompressor bei der Bereitung von Klareisstücken zusätzlich ausgenutzt. Dabei erscheint es zweckmäßig, zur wahlweisen Einschaltung der Kältemittelleitung in den Kreislauf des Kühlaggregates ein Dreiwegeventil, vorzugsweise in der Ausbildung als Magnetventil, vorzusehen. Eine solche Ausbildung ergibt eine günstige zusätzliche Ausnutzung des vorhandenen Kältemittelkreislaufs bei der Eisbereitung, wobei der Kältemittelkreislauf des Haushaltskühlschranks, der gegebenenfalls ein Tiefkühl-Gefrierfach aufweist, nur während der Eisbereitung durch Einschaltung der Kältemittelleitung für die Kühlfinger zusätzlich belastet wird. Zweckmäßig ist die Kältemittelleitung dem Verdampfer des Kühl- oder Gefriergerätes in Strömungsrichtung des Kältemediums vorscnaltbar. This saves the need for an additional compressor cooling unit and makes additional use of the existing compressor when preparing clear ice pieces. It seems appropriate to provide a three-way valve, preferably in the form of a solenoid valve, for the optional switching on of the coolant line in the circuit of the cooling unit. Such a design results in a favorable additional use of the existing coolant circuit when making ice, whereby the coolant circuit of the household refrigerator, which may have a deep-freeze compartment, is only additionally loaded during ice making by switching on the coolant line for the cooling fingers. It is appropriate to connect the coolant line upstream of the evaporator of the refrigerator or freezer in the direction of flow of the coolant.
Eine vorteilhafte Steuerschaltung, mit der nn den K.ühlfingern eine Gefriertemperatur oberhalb des für die Klareisbildung erforderlichen vorgegebenen Wertes, insbesondere oberhalb von -10 C, eingehalten werden kann, ist in der Weise aufgebaut, daß die Temperatur des Kühlfingers hinter der Wärmesperre durch eine die elektrische Heizvorrichtung steuernde Regelschaltung oberhalb eines unteren Grenzwertes wenigstens annähernd konstant gehalten wird. Disse Rsgslschaltung enthält das s.?. Fingerteil hinter der Wärmesperre angeordnete elektrische Temperaturfühlerelement und arbeitet vorzugsweise taktweise durch Ein- und Ausschalten der elektrischen Heizvorrichtung. Derartige von einem Temperaturfühler, beispielsweise einem NTC/PTC-Element, angesteuerte Regelschaltungen zur Temperaturkonstanthaltung sind in vielen Ausführungsformen bekannt.An advantageous control circuit, with which a freezing temperature above the predetermined value required for the formation of clear ice, in particular above -10 C, can be maintained in the cooling fingers, is constructed in such a way that the temperature of the cooling finger behind the heat barrier is kept at least approximately constant above a lower limit value by a control circuit controlling the electrical heating device. This control circuit contains the electrical temperature sensor element arranged behind the heat barrier and preferably works in cycles by switching the electrical heating device on and off. Such control circuits for maintaining a constant temperature, controlled by a temperature sensor, for example an NTC/PTC element, are known in many designs.
Durch die Merkmale der Erfindung wird erreicht, daß unter optimaler Ausnutzung der zur Verfüguno stehenden Kälteleistung, z_B-eines Kompressor-Kühlaggregates,eine einwandfreie Erzeugung von Klareisstücken, insbesondere im Haushaits-5sae5tab;!üög!ioh ist: ohne daß durch eine zu tiefe Temperatur an den Kühlfingern eine Mikrorißbildung und damit eine Trübung der Klareisstücke eintritt.The features of the invention ensure that, with optimum utilization of the available cooling capacity, e.g. of a compressor cooling unit, a perfect production of clear ice pieces is possible, particularly in the household sector : without microcracks forming on the cooling fingers and thus clouding the clear ice pieces due to too low a temperature.
Die Erfindung wi.rd nachfolgend unter Bezug auf Ausführungsbeispiele näher erläutert; aus diesen erf?eb«n sich weitere Erfindungsmerkmale. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments; further inventive features emerge from these. They show:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kühlfinger in Verbindung mit der Kältemittelleitung,Fig. 1 a cross-section through a cooling finger in connection with the refrigerant line,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,Fig. 2 is a plan view of a section along the line H-II in Fig. 1,
Fig. 3 ein Schema des Kältemittelflusses in einem Haushaltskühlschrank mit eingegliederter Vorrichtung zur Herstellung von Klareisstücken, Fig. 3 a diagram of the refrigerant flow in a household refrigerator with integrated device for producing clear ice pieces,
Fig. 4 ein Schaltschema für die angegebene Steuerschaltung.Fig. 4 is a circuit diagram for the specified control circuit.
In Fig. 1 und 2 erkennt man einen Kühlfinger 1, welcher aus einem metallenen Ansatzstück 2 und einem metallenen Fingerteil 3 zusammengesetzt ist. Zwischen dem Ansatzstück und dem Fingerteil 3 befindet sich eine Wärmesperre, die durch eine schlecht wärmeleitende Madenschraubverbindung 4 aus Edelstahl und eine Wärmedammscheibe 5, gleichfalls aus Edelstahl, gebildet wird. Dadurch ist der Fingerteil unter Zwischenschaltung der Wärmesperre 4,5 an den Ansatzstück 2 und die damit metallisch verbundene Kältemittelleitung 6 angekoppelt.In Fig. 1 and 2 you can see a cooling finger 1, which is made up of a metal extension piece 2 and a metal finger part 3. Between the extension piece and the finger part 3 there is a heat barrier, which is formed by a poorly heat-conducting grub screw connection 4 made of stainless steel and a heat insulation disc 5, also made of stainless steel. The finger part is thus coupled to the extension piece 2 and the metal-connected coolant line 6 with the heat barrier 4,5 in between.
In drei symmetrisch angeordnete Aussparungen 7,8,9 der Wärmedämmscheibe 5 greifen Rastnasen 10,11,12 eines topfförmigen Trageelementes 13 aus Kunststoff ein, in dem eine elektrische Heizwicklung 14 untergebracht ist.Locking lugs 10, 11, 12 of a pot-shaped support element 13 made of plastic, in which an electrical heating coil 14 is housed, engage in three symmetrically arranged recesses 7, 8, 9 of the heat-insulating panel 5.
An dem Fingerteil 3 1st ein elektrisches Temperaturfühlerelement 15 angeordnet.An electrical temperature sensor element 15 is arranged on the finger part 3.
Der Kühl finger ragt zusammen mit mehreren in der Zeichnung nicht dargestellten gleichartigen Kühlfingern in eineThe cooling finger, together with several similar cooling fingers not shown in the drawing, extends into a
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Wanne 16, die gemäß der deutschen Gebrauchsmusterschrift 88 12 951 ausgebildet sein kann und in der bei der Klareiserzeugung eine Wasserströmung hervorgerufen wird, welche die Kühlfinger zum Ansatz der Eisstücke umspült. Ein solches Eisstück 17 ist schematisch angedeutet.Tub 16, which can be designed according to the German utility model specification 88 12 951 and in which a water flow is generated during the production of clear ice, which washes around the cooling fingers to the base of the ice pieces. Such an ice piece 17 is indicated schematically.
Die Kältemittslleitum» 6 kann dabei wahlweise in den Kälte mitteikreisiauf eines Kompressor-Kühlaggregates eines Basashaltskühlschrankes eingeschaltet werden, wie dies-in dem Sch, tschema Fig. 3 dargestellt ist. Eine Abgang aeitung des Kompressors 19 führt über den Verflüssiger 26 zu einem M Dreiwege»Magnetv«ntil 2ü, welches wahlweise die Kältemittel' leitung S unter Vorschaltung einer Drosselstelle 28 mit den Kühlfingern 1 in den Kältemittel-Kreislauf des Hauptverdaropfers 21 einschaltet. Ist die Vorrichtung zur Herstellung von Klareisstücken nicht eingeschaltet, so erfolgt die Zuleitung des Kältemittels durch das Dreiwege-Magnetventil und eine Zuführungsleitung 22 über die Drosselstelle 27 unmittelbar zum Hauptverdampfer 21. Zur Rückführung aus dem Hauptverdampfer zum Kompressor ist die Rückführungsleitung vorgesehen. Bei der Einschaltung der Kältemittelleitung 6 in den Kältemittelkreislauf ist diese dem gegebenenfalls aus mehreren Teilstücken für Gefrier- und Normalteil zusammengesetzten Hauptverdampfer 21 vorgeschaltet.The refrigerant line 6 can optionally be connected to the refrigerant circuit of a compressor cooling unit of a basic refrigerator, as shown in the circuit diagram in Fig. 3. An outgoing line of the compressor 19 leads via the condenser 26 to a three-way solenoid valve 26, which optionally connects the refrigerant line S to the refrigerant circuit of the main evaporator 21 via a throttle point 28 with the cooling fingers 1. If the device for producing clear ice pieces is not switched on, the refrigerant is fed through the three-way solenoid valve and a feed line 22 via the throttle point 27 directly to the main evaporator 21. The return line is provided for the return from the main evaporator to the compressor. When the refrigerant line 6 is connected to the refrigerant circuit, it is connected upstream of the main evaporator 21, which may be composed of several sections for the freezing and normal parts.
Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau der Regelschaltung, wobei ein Steuergerät 24 bei der Klareiserzeugung dte vom Temperaturfühlerelement 15 abgegebenen Meßwerte als Eingangsgröße aufnimmt und entsprechend die Stromzuführung zu den elektrischen Heizwicklungen 14 der Kühlfinger 1 steuert. Dabei wird in einfacher Weise eine 2-Punkt-Regelung ausgeführt. Die Spannungsversorgung des Steuergerätes 24Fig. 4 shows the schematic structure of the control circuit, whereby a control unit 24 receives the measured values given by the temperature sensor element 15 as an input variable during the production of clear ice and accordingly controls the power supply to the electrical heating coils 14 of the cooling fingers 1. In this case, a 2-point control is carried out in a simple manner. The power supply of the control unit 24
erfolgt über Anschlüsse 25.is via connections 25.
Haben die Klareisstücke 17 auf den Fingerteilen 3 eine hinreichende Dicke erreicht - und dies kann in einfacher Weise durch ein mechanisch abtastendes Senecrelement festgestellt werden - so werden die elektrischen Heizwicklungen 14 durch das Steuergerät 24 solange 5t~gaschaltet, bis durch entsprechende Beheizung der Fingers ie 3 sin Loslösen der Klareisstücke 17 eintritt und diese in einen Sammelbehälter zur Weiterleitung herabfallen.If the pieces of clear ice 17 on the finger parts 3 have reached a sufficient thickness - and this can be determined in a simple manner by a mechanically scanning sensor element - the electrical heating coils 14 are switched on by the control device 24 until the pieces of clear ice 17 are released by the corresponding heating of the fingers 3 and fall into a collecting container for further transport.
Die Vorrichtung zur Herstellung von Klareisstücken kann entweder ali getrenntes Gerät odn. zweckmäßig in Verbindung mit Kühl-oder Gsfriergcra*-en, insbesondere aus dem Haushaltsbereich, z.B. als Einbauteil für einen Haushaltskühlschrank, hergestellt werden.The device for producing clear ice pieces can be manufactured either as a separate device or conveniently in conjunction with refrigerators or freezers, particularly from the household sector, e.g. as a built-in part for a household refrigerator.
Claims (11)
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1990
- 1990-04-14 DE DE9004370U patent/DE9004370U1/en not_active Expired - Lifetime
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