Hilfskühlvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hilfskühlvorrichtung, die in einem Kühlgerät, insbesondere einem Haushaltskühlschrank ohne Frostfach, anwendbar ist, um zeitweilig Kühitemperaturen zu erzielen, die unterhalb einer normalen Betriebstemperatur des Kühlgerätes liegen. Herkömmlicherweise muss ein Benutzer, der in einem Kältegerät Lagerbereiche mit Temperaturen über und unter 0° C zur Verfügung haben will, ein Kombinationsgerät oder einen Kühlschrank mit einem sog. 3 oder 4 Sterne Gefrierfach kaufen. Normalkühlfach und Sternefach sind durch einen gemeinsamen Kältemittelkreislauf gekühlt, wobei jedoch im Sternefach niedrigere Verdampfertemperaturen als im Normalkühlfach erreicht werden müssen. Ein solcher Kühlschrank weist daher einen höheren spezifischen Energieverbrauch auf als ein vergleichbares Gerät ohne Sternefach. Dies ist insbesondere dann unwirtschaftlich, wenn das Sternefach nur gelegentlich zum Gefrieren kleiner Mengen eingesetzt wird.

Viele Benutzer eines Kühlschranks besitzen gleichzeitig ein Gefriergerät, das sie für die längerfristige Lagerung von gefrorenen Lebensmitteln verwenden, so dass sie für diesen Zweck kein Sternefach benötigen. Dennoch wollen viele Benutzer nicht auf ein Sternefach verzichten, um darin z. B. Eiswürfel herstellen oder Getränke schnell kühlen zu können.

Für beide Zwecke eignet sich ein Gefriergerät weniger gut, einerseits wegen der Schwierigkeit, einen Eiswürfelbereiter sicher darin zu platzieren, zum anderen, weil bei Getränken die Gefahr besteht, dass sie bei den in dem Gefriergerät erreichten Temperaturen gefrieren und ihren Behälter zum Platzen bringen. Außerdem ist das Gefriergerät im Gegensatz zu einem Kühlschrank im Allgemeinen nicht im unmittelbaren Wohnbereich aufgestellt, so dass die Nutzung des Sternefachs schlicht und einfach bequemer ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Hilfskühlvorrichtung für ein Kältegerät, insbesondere für einen Kühlschrank ohne Sternefach, anzugeben, die es einem Benutzer ermöglicht, Güter wie etwa Getränke oder Wasser schnell abzukühlen bzw. zu gefrieren, die im Inneren eines Kühlschranks wenig Platz beansprucht und bei Nichtgebrauch den Energieverbrauch des Kältegeräts nicht erhöht.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hilfskühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Durch Platzieren des Behälters mit der Wärmeträgerflüssigkeit in einem Kühlschrank wird diese auf dessen Betriebstemperatur abgekühlt. Ausgehend von dieser Temperatur kann das Peltier-Element betrieben werden, um ein zu kühlendes Gut, das mit der Wärmesenke des Peltier-Elements in thermischen Kontakt gebracht ist, in kurzer Zeit auf eine Temperatur abzukühlen, die unterhalb der Lagertemperatur des Kühlschranks liegt und unter 0° C liegen kann. Die beim Betrieb des Peltier-Elements von dessen Wärmequelle freigesetzte Wärme wird zunächst in die erste Wärmeträgerflüssigkeit abgegeben, von wo aus sie sich in den umgebenden Lagerraum des Kühlschranks verteilt. Der enge thermische Kontakt mit der Wärmeträgerflüssigkeit erlaubt es, die Wärmequelle des Peltier-Elements während des Betriebs auf einer deutlich niedrigeren Temperatur zu halten, als wenn die Wärmequelle frei im Lagerraum des Kühlschranks angebracht wäre, so dass ein guter Wirkungsgrad des Peltier-Elements erzielt wird.

Um einen effektiven Wärmeaustausch zwischen der Wärmequelle und der ersten Wärmeträgerflüssigkeit zu erreichen, kann die Wärmequelle zweckmäßigerweise an einer Wand des ersten Behälters angebracht sein.

Die Wärmesenke wiederum kann in engem thermischen Kontakt mit einer Eiswürfelschale stehen, wenn die Hilfskühlvorrichtung zur Eiswürfelbereitung eingesetzt werden soll.

Eine solche Eiswürfelschale besteht zweckmäßigerweise aus einem gut wärmeleitenden Material wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.

Die Wärmesenke ist vorzugsweise an einer Unterseite der Eiswürfelschale angebracht.

Eine kompakte Bauform wird erhalten, wenn die Eiswürfelschale einen oberen Abschluss des ersten Behälters bildet.

Einer zweiten Ausgestaltung zufolge wird der thermische Kontakt zwischen der Wärmesenke des Peltier-Elements und einem zu kühlenden Gut über eine zweite Wärmeträgerflüssigkeit hergestellt, die in einem zweiten Behälter untergebracht ist. Um eine schnelle, effektive Kühlung zu erzielen, kann ein solcher Behälter an die Gestalt

eines zu kühlenden Gegenstands angepasst sein, insbesondere indem er eine Aussparung zum Aufnehmen des Gegenstandes aufweist.

Die Wärmesenke kann unmittelbar an einer Wand dieses zweiten Behälters angebracht sein, denkbar ist aber auch, sie an einer Kammer anzubringen, die durch Leitungen mit dem zweiten Behälter verbunden ist, und Mittel zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit zwischen der Kammer und dem zweiten Behälter wie etwa eine Pumpe vorzusehen.

Um die Form der Aussparung genau an wechselnde Gestalten von zu kühlenden Gegenständen anpassen zu können, ist es zweckmäßig, dass eine Innenwand des zweiten Behälters, die die Aussparung begrenzt, flexibel ist. Die Außenwand des Behälters hingegen kann steif sein, um eine gute Handhabbarkeit des Behälters zu gewährleisten. Eine andere Möglichkeit ist, dass der zweite Behälter generell flexible Wände aufweist und zu einer Manschette formbar ist, die z. B. um eine zu kühlende Flasche gewickelt werden kann.

Wenn der zweite Behälter eine steife Außenwand und eine flexible Innenwand aufweist, so ist es zweckmäßig, wenn die Kammer, in der der Wärmeaustausch stattfindet, tiefer als der Behälter liegt. Wenn außerdem eine Pumpe in einer Zuleitung der Wärmeträgerflüssigkeit von der Kammer in den zweiten Behälter angeordnet ist, erzeugt sie im Betrieb einen Überdruck in dem zweiten Behälter, der dessen flexible Innenwand fest gegen einen zu kühlenden Gegenstand drückt, wohingegen bei ausgeschalteter Pumpe die Wärmeträgerflüssigkeit dazu neigt, in die Kammer zu strömen, wodurch der zu kühlende Gegenstand freigegeben wird. Die gleiche Wirkung kann erzielt oder verstärkt werden, wenn in einer Rückleitung der Wärmeträgerflüssigkeit vom zweiten Behälter in die Kammer ein Engpass gebildet ist, an dem bei laufender Pumpe ein Druckabfall stattfindet.

Mittel zum Umkehren der Stromrichtung in dem Stromkreis des Peltier-Elements sind zweckmäßig, um zeitweilig die Funktionen von Wärmesenke und Wärmequelle vertauschen zu können. Bei einer als Eiswürfelbereiter eingesetzten Hilfskühlvorrichtung ist es auf diese Weise möglich, die fertigen Eiswürfel oberflächlich anzutauen und so das Lösen der Eiswürfel aus ihrer Schale zu erleichtern.

Um eine unnötige thermische Belastung eines Kühlschranks, in dem sich die Hilfskühlvorrichtung befindet, durch deren Betrieb zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Hilfskühlvorrichtung mit einem Temperatursensor in Kontakt mit der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit und mit einer Steuerschaltung auszustatten, die das thermoelektrische Element-und, wenn vorhanden, auch die Mittel zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit-ausschaltet, wenn die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur einen Grenzwert unterschreitet.

Eine ähnliche Wirkung kann auch mit Hilfe einer Zeitschaltvorrichtung erreicht werden, die das thermoelektrische Element-und gegebenenfalls die Mittel zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit-nach einer festgelegten Betriebsdauer ausschaltet.

Die Hilfskühlvorrichtung kann als ein Gerät ausgelegt sein, das von dem Kühlschrank oder allgemein dem Kältegerät, in dem sie eingesetzt werden kann, unabhängig ist und nur bei Bedarf darin platziert wird. Bei einer fest in einem Kältegerät eingebauten Hilfskühivorrichtung kann es aus Gründen der Platzersparnis zweckmäßig sein, den ersten Behälter in eine isolierende Wand des Kältegeräts einzubetten.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Hilfsvorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen : Fig. 1 : einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hilfskühlvorrichtung, die speziell zum Kühlen von Flaschen ausgelegt ist ; Fig. 2 : eine vereinfachte, kompakte Ausgestaltung der Hilfskühlvorrichtung zum Kühlen von Flaschen ; Fig. 3 : einen schematischen Schnitt durch eine Hilfskühlvorrichtung zur Eiswürfelbereitung ;

Fig. 4 : eine perspektivische Ansicht eines zweiten Behälters einer Hilfskühlvorrichtung, der als Manschette ausgelegt ist : Fig. 5 : eine schematische Ansicht einer zu kühlenden Flasche, an der die Manschette aus Fig. 4 angebracht ist ; Fig. 6 : eine Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1, bei der der erste Behälter in die Wand eines Kühlschrankes eingelassen ist ; und Fig. 7 eine zweite Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1.

Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Hilfskühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Hilfskühlvorrichtung umfasst einen ersten Behälter 1, der mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt ist. Als Wärmeträgerflüssigkeit wird man im Allgemeinen eine Sole oder ein Alkohol-Wasser-Gemisch verwenden, das einen Gefrierpunkt unterhalb 0° C aufweist. Da die Hilfskühlvorrichtung vorgesehen ist, um im Lagerfach eines Kühlschranks verwendet zu werden, das im Allgemeinen keine Temperaturen unter 0° C erreicht, käme auch die Verwendung von reinem Wasser als erste Wärmeträgerflüssigkeit in Betracht.

Ein Peltier-Element ist hier schematisch dargestellt als eine Wärmequelle 2, die sich über eine Wand des ersten Behälters 1 erstreckt, und eine Wärmesenke 3, die eine Wand einer Kammer 4 bildet. Die Wärmequelle und die Wärmesenke sind hier als zwei großflächige Elemente dargestellt, die in einem Gleichstromkreis mit Versorgungsanschlüssen 5 in Reihe geschaltet sind. In der Praxis kann das Peltier- Element eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Quelle-Senke-Paaren umfassen, wobei jede Quelle bzw. jede Senke durch einen flächigen Kontakt zwischen zwei Metallen gebildet ist, wobei der Strom in einer Senke jeweils von einem ersten in das zweite Metall und in einer Wärmequelle von dem zweiten Metall zurück in das erste fließt.

Die Kammer 4 ist über zwei Rohrleitungen 6 mit einem zweiten Behälter 7 verbunden. In einer der Rohrleitungen 6 ist eine elektrisch betriebene Pumpe 8 angeordnet, die betrieben werden kann, um eine zweite Wärmeträgerflüssigkeit zwischen der Kammer 4

und dem zweiten Behälter 7 umzuwälzen. Die Zusammensetzung der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit kann mit der der ersten identisch sein.

Der zweite Behälter 7 hat die Gestalt eines nach oben offenen Bechers mit einer steifen Außenwand 9 und einer durch eine dünne, flexible Membran gebildeten Innenwand 10.

Infolge ihrer Flexibilität kann sich die Innenwand 10 eng an eine Flasche 11 oder einen anderen Gegenstand anschmiegen, der zum Kühlen in der nach oben offenen Aussparung 12 des zweiten Behälters 7 platziert ist.

Wenn die Hilfskühlvorrichtung in Betrieb ist und die Pumpe 8 und das Peltier-Element mit Strom versorgt sind, kühlt sich die zweite Wärmeträgerflüssigkeit an der Wärmesenke 3 ab, wird von der Pumpe 8 in den zweiten Behälter 7 geleitet, wo sie die Flasche 11 umspült und schnell abkühlt, und fließt anschließend in die Kammer 4 zurück. Die von der Wärmesenke 3 aufgenommene Wärme wird von der Wärmequelle 2 an die Wärmeträgerflüssigkeit im ersten Behälter 1 abgegeben und verteilt sich von dort aus im Lagerraum des Kühlschranks. Wenn die Hilfskühlvorrichtung in Betrieb ist, ist der Leistungsbedarf der Kältemaschine des Kühischranks erhöht, da diese zusätzlich die Abwärme der Hilfskühlvorrichtung abführen muss. Wenn die Hilfskühlvorrichtung nicht in Betrieb ist, hat sie keinerlei Auswirkungen auf den Energiebedarf des Kühlschranks.

Allenfalls wirken die Wärmeträgerflüssigkeiten in den Behältern 1,7 und der Kammer 4 als ein thermischer Ballast, der die Ein-Ausschaltzyklen der Kältemaschine verlängert und deren Wirkungsgrad so sogar verbessert.

Eine Steuerschaltung 24 ist einerseits mit einem in Kontakt mit der Wärmeträgerflüssigkeit im zweiten Behälter 7 angeordneten Temperatursensor 25 und andererseits mit der Pumpe 8 und einem Schalter 26 in der Versorgungsleitung des Peltier-Elements 2,3 verbunden. Die Steuerschaltung 24 hält die Pumpe 8 in Betrieb und die Stromversorgung des Peltier-Elements 2,3 aufrecht, so lange die vom Sensor 25 erfasste Temperatur einen vorgegebenen Grenzwert nicht unterschreitet. Bei Unterschreitung des Grenzwerts schaltet sie das Peltier-Element und die Pumpe aus und nimmt sie erst wieder in Betrieb, wenn der Sensor 25 einen Temperaturanstieg anzeigt. Mit Hilfe des Sensors 25 und der Steuerschaltung 24 kann eine Unterkühlung der Flasche 11 verhindert werden, wenn sich diese länger als zum Abkühlen nötig in der Hilfskühlvorrichtung befindet. Der Grenzwert kann fest vorgegeben sein, z. B. bei einer Temperatur von 1 bis 2 °C, um ein

versehentliches Gefrieren einer Flasche Wasser zu verhindern, oder er kann durch einen Benutzer einstellbar sein.

In einer einfacheren Ausgestaltung können die Steuerschaltung 24 und der Temperatursensor 25 auch durch eine Verzögerungsschaltung ersetzt werden, die jeweils mit einer festgelegten oder durch einen Benutzer einstellbaren Verzögerung nach Inbetriebnahme der Hilfskühlvorrichtung Pumpe 8 und Peltier-Element 2,3 wieder ausschaltet.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 2 ist das Peltier-Element mit Wärmequelle 2 und Wärmesenke 3 unmittelbar zwischen dem ersten Behälter 1 und dem darauf montierten zweiten Behälter 7 angebracht. Die Kammer 4 und die Pumpe 8 sind entfallen. Bei dieser Ausgestaltung ist trotz des Fehlens einer Zwangsumwälzung der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit in dem Behälter 7 eine wirksame Kühlung der Flasche 11 möglich, wenn die zweite Wärmeträgerflüssigkeit im wesentlichen aus Wasser besteht. Wasser hat bekanntlich seine größte Dichte bei ca. 4° C, so dass es, wenn es an der Wärmesenke 3 unter diesen Wert abgekühlt wird, dazu neigt, in dem zweiten Behälter 7 aufzusteigen, um so die Flasche 11 zu kühlen.

Die in Fig. 3 schematisch gezeigte Hilfskühlvorrichtung ist als Eiswürfelbereiter ausgelegt.

Der erste Behälter 1 und das Peltier-Element mit Wärmequelle 2 und Wärmesenke 3 unterscheiden sich nicht von den entsprechenden Teilen der Fig. 2. Der zweite Behälter 7 aus Fig. 2 jedoch ist durch eine massive Aluminiumschale 13 ersetzt, an deren Oberseite eine Vielzahl von Aussparungen 14 gebildet sind, die jeweils als Formen für Eiswürfel dienen.

Zwischen den Versorgungsanschlüssen 5 und dem Peltier-Element ist ein Wechselschalter 15 mit zwei Schaltstellungen angebracht, der es erlaubt, die Richtung des Stromflusses durch das Peltier-Element umzukehren. Die dem Normalbetrieb der Hilfskühlvorrichtung entsprechende Schaltstellung ist diejenige, bei der der mit dem ersten Behälter 1 in thermischem Kontakt stehende Teil des Peltier-Elements als Wärmequelle und der mit der Aluminiumschale 13 in thermischem Kontakt stehende Teil als Wärmesenke wirkt, um Wasser in den Aussparungen 14 zu gefrieren. Wenn das Wasser in den Aussparungen gefroren ist, kann ein Benutzer den Wechselschalter 15 in seine

andere Schaltstellung bringen, in der die Stromrichtung durch das Peltier-Element umgekehrt ist und sein mit der Aluminiumschale 13 in thermischem Kontakt stehender Teil als Wärmequelle wirkt. Durch eine kurzzeitige Erwärmung der Schale 13 werden die Eiswürfel in den Aussparungen 14 oberflächlich angetaut, so dass sie sich ohne Schwierigkeiten aus den Aussparungen lösen.

Auch bei dieser Ausgestaltung der Hilfskühlvorrichtung können, wie in der Fig. 3 gezeigt, eine Steuerschaltung 24 und ein Temperatursensor 25 vorgesehen werden, wobei der Temperatursensor 25 hier in Kontakt mit der Aluminiumschale 13 angebracht ist und die Steuerschaltung 24 bei Unterschreiten einer Grenztemperatur den Schalter 15 in eine dritte Stellung bringt, in welcher der Stromfluss durch das Peltier.-Element 2,3 unterbrochen ist.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des zweiten Behälters. Die Wände des in Fig. 4 gezeigten zweiten Behälters 17 sind durch flexible Kunststofffolien gebildet, die lokal miteinander verschweißt sind, um einen im Zick-Zack verlaufenden schlauchförmigen Innenraum zu bilden. An einem Längsende sind die Folien flächig miteinander zu einer flachen Zunge 18 verschweißt. Zwei Rohrleitungen 6 zum Zu-und Abführen der zweiten Wärmeträgerflüssigkeit erstrecken sich, zwischen den zwei Folien eingeschlossen, entlang der Zunge 18 und münden auf jeweils ein Längsende des schlauchförmigen Hohlraums. Ein Klettverschlussflecken 19 ist auf der dem Betrachter in Fig. 4 zugewandten Seite der Zunge 18 angebracht. Ein zu dem Flecken 19 komplementärer Klettverschlussstreifen 20, in der Fig. als gestrichelter Umriss dargestellt, befindet sich an der vom Betrachter abgewandten Seite des Behälters 17.

Fig. 5 zeigt den Behälter 17 im Gebrach beim Kühlen einer Flasche 11. Der Behälter ist um den Bauch der Flasche 11 so herumgewickelt, dass die zwei in Fig. 5 verdeckten Klettverschlussteile 19,20 miteinander in Kontakt kommen und aneinander haften.

Aufgrund seiner Flexibilität ist der Behälter 17 in der Lage, sich an Flaschen mit unterschiedlichen Durchmessern formschlüssig anzuschmiegen und so einen sehr intensiven Wärmeaustausch zwischen der Flasche und der in dem zweiten Behälter 17 zirkulierenden zweiten Wärmeträgerflüssigkeit zu bewirken.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1, bei der der erste Behälter 1 und die Kammer 4 in eine Aussparung 22 einer Innenbehälterwand 21 eines Kühlschranks eingelassen sind. Durch diese Konstruktion wird der Platzbedarf der Hilfskühlvorrichtung im Inneren des Kühlschranks erheblich vermindert. Durch die Aussparung 22 ist die Dicke einer Isolierschaumschicht 23, die den Zwischenraum zwischen der Innenbehälterwand 21 und einer nicht dargestellten Außenwand des Kühlschranks ausfüllt, lokal vermindert. Dies kann jedoch in Kauf genommen werden, da die Kammer 4, der isolierende Zwischenraum zwischen Wärmequelle 2 und Wärmesenke 3 des Peltier-Elements sowie der erste Behälter mit der darin enthaltenen Wärmeträgerflüssigkeit ihrerseits zur thermischen Isolation des Innenraums des Kühlschranks beitragen und so die Wirkung der dünneren Isolierschaumschicht 23 ausgleichen.

Fig. 7 zeigt eine zweite Abwandlung der Hilfskühlvorrichtung aus Fig. 1, bei der der zweite Behälter 7 auf einem Fachboden 27 des Kühlschranks platziert ist und die Kammer 4 und der erste Behälter 1 unmittelbar unterhalb des Fachbodens 27 angeordnet sind. Der in der schematischen Darstellung der Figur erscheinende Abstand zwischen der Kammer 4 und dem Fachboden 27 dient lediglich dazu, die Leitungen 6 für die Wärmeträgerflüssigkeit zwischen Kammer 4 und zweitem Behälter 7 sowie die Pumpe 8 zeigen zu können.

Der erste Behälter 1 und die Kammer 4 erstrecken sich über die gesamte Breite des Fachbodens 27 und haben daher großflächige einander zugewandte Wände, an denen das Peltier-Element 2,3 untergebracht werden kann. Die großen Wandflächen erleichtern auch eine flexible Verformung der Kammer 4 bei Druckschwankungen.

In einer der Leitungen 6, in der die Wärmeträgerflüssigkeit vom zweiten Behälter 7 zurück in die Kammer 4 strömt, ist ein Engpass 28 gebildet. An diesem Engpass 28 staut sich die Wärmeträgerflüssigkeit, wenn die Pumpe 8 in Betrieb ist, so dass sich im Behälter 7 ein Überdruck aufbaut, der die flexible Wand 10 eng an die Flasche 11 anpresst und so einen hochwirksamen Wärmeaustausch ermöglicht. Der daraus resultierende Mangel an Wärmeträgerflüssigkeit in der Kammer 4 wird durch eine Verformung der oberen Wand der Kammer 4 ausgeglichen. Wenn die Pumpe 8 ausgeschaltet ist, neigt die Wärmeträgerflüssigkeit dazu, sich in der tiefer als der zweite Behälter 7 gelegenen Kammer 4 zu sammeln, wodurch sich die obere Wand der Kammer vorwölbt und die

flexible Wand 10 des zweiten Behälters 7 sich von der Flasche 11 zurückzieht und diese freigibt.