EP3203169B1 - Karbonisiervorrichtung für den haushaltsbereich - Google Patents

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EP3203169B1
EP3203169B1 EP16154659.3A EP16154659A EP3203169B1 EP 3203169 B1 EP3203169 B1 EP 3203169B1 EP 16154659 A EP16154659 A EP 16154659A EP 3203169 B1 EP3203169 B1 EP 3203169B1
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EP
European Patent Office
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carbonation
water
phase change
container
cold storage
Prior art date
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Active
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EP16154659.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3203169A1 (de
Inventor
Fischer Daniel
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Eugster Frismag AG
Original Assignee
Eugster Frismag AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/002—Liquid coolers, e.g. beverage cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D16/00—Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery

Definitions

  • the invention relates to a Karbonisiervoriques according to the preamble of claim 1 for the household sector for carbonating liquid, in particular water or a water-based beverage, comprising water supply means, preferably a water connection for connection to a domestic (or fixed) water pipe and / or a (refillable) water tank and a Karbonisier electer, the CO 2 supplyable Karbonisierstoff, in particular a Karbonisierkerze, assigned to the carbonation of liquid, in particular arranged in this, are.
  • Known household carbonators typically include a replaceable CO 2 pressure bottle and an internal thread for securing a detachable bottle, glass or plastic depending on the embodiment.
  • This bottle can be added to carbonating water, which was usually taken previously via a tap of a Festigantechnisch.
  • the water to be carbonated can be manually added to the flavoring syrup.
  • the user wishes to drink a chilled, carbonated beverage, he must first either cool the water to be carbonated or the finished beverage in a refrigerator after carbonation.
  • the DE 10 2005 014 742 A2 shows a device for cooling food, comprising a phase change material having a phase transition at above 0 ° C and, arranged therein and not designed as a reservoir, carbonation container for carbonizing liquid.
  • the liquid is passed through a coiled tube arranged upstream of the carbonating container and arranged in the phase change material Shock cooled before Aufbarbonmaschine takes place in the small Karbonisier matterser.
  • the WO 2011 102672 A2 describes a carbonator for carbonating liquid comprising a phase change material as a cold storage and a Karbonisier disposer.
  • the phase change material is associated with the carbonizing container having an outer wall.
  • a heat exchanger which is fluidly connected to a spatially separated evaporator and a compressor.
  • the present invention seeks to provide an improved Karbonisiervoriques for the household, with which the provision of a cool, carbonated beverage is possible, with a freezing of liquid to be cooled, especially water, should be safely avoided.
  • the Karbonisiervoriques should take into account the hygienic requirements.
  • Latenthimlte shall comprising a, preferably synthetic, phase change material which for cold storage, the enthalpy of a thermodynamic Phase change from liquid to solid, in particular from liquid to crystalline, taking advantage of falling below a phase change temperature is used, this phase change temperature is set to a temperature above 0 ° C or the phase change material so formed or selected is that the phase change temperature above the freezing point of water at atmospheric pressure is 1013 m / bar.
  • the invention is based on the idea to equip the Karbonisiervoriques with a Latenthimlte immediately containing a, preferably synthetic, phase change material (phase change material), which for cold storage the energy of a thermodynamic phase change (phase transition) from liquid to solid, in particular from liquid to crystalline, falls below a phase change temperature of above 0 ° C is used, ie above the freezing point of water, thus ensuring a freezing of the liquid to be cooled in the beverage cooling device, in particular under normal conditions, ie at an atmospheric pressure of 1013 m / bar and an ambient temperature of 20 ° C to prevent.
  • phase change material phase change material
  • phase change materials PCM materials
  • the latent heat especially the heat of fusion, is significantly greater than the heat that it can store due to its normal specific heat capacity (without the phase change effect).
  • This phase transformation effect is exploited here in the context of a Margsgetränkekarbonisiervoriques by withdrawn by the phase transition of the phase change material from solid to liquid of the liquid to be cooled, a significant amount of heat energy and this is thus cooled.
  • This extracted heat energy is removed from the latent cold storage according to the invention with the cooling device, preferably such that is reversed by the action of the cooling device occurring during the cooling of the liquid phase change of the phase change material, ie the phase change material for Storing the cold energy is solidified again.
  • the phase change material is preferably a synthetic phase change material, in particular not produced on the basis of water, whose phase change temperature is set to a temperature of above 0 ° C.
  • the phase change material contains paraffin or is formed on paraffin-based.
  • the Latenthimlte Grande is low maintenance, ie the phase change material must not be replaced or renewed by the user, as is the case with known water or Eisbasiskälte enteredn.
  • the latent cold storage is maintenance-free. By integrating a latent cold storage into a household carbonator, the user may be provided in a convenient and easy to use way with a carbonated beverage cooled to a temperature of below 10 ° C, more preferably below 8 ° C.
  • the latent cold storage is designed such that with the carbonator according to the invention drinks to a temperature between 1 ° C and 8 ° C, most preferably between 2 ° C and 6 ° C, can be cooled, in particular starting from a source water temperature, for example a typical room temperature of 20 ° C or 22 ° C or a water temperature in a water supply network, for example between 9 ° C and 16 ° C.
  • a source water temperature for example a typical room temperature of 20 ° C or 22 ° C or a water temperature in a water supply network, for example between 9 ° C and 16 ° C.
  • the Karbonisier matterer is designed and / or controlled as a pressure vessel, wherein the pressure in the container during and / or after the carbonization preferably between 2 bar and 12 bar, preferably between 3.5 bar and 7 bar, is.
  • the container pressure is used for discharging carbonized liquid in the direction of an outlet, preferably without corresponding electromotive conveying means, such as a pump.
  • the carbonator (via the latent cold store) provides cooled, carbonated water, wherein the heat transfer of the liquid to be cooled, in particular water, is withdrawn into the latent cold storage by means of a flow heat exchanger and / or in the carbonator, which, as will be explained, is preferably surrounded by the Latent Kolte Mission.
  • the carbonating device provides cooled, non-carbonated beverage, in particular still water, at an outlet which is preferably supplied to the latter, bypassing the carbonating container.
  • the cooling device can spend exclusively carbonated beverage or additionally also still drink
  • equip the Karbonisiervoriques with a Flavorisier raised to flavored, ie flavored, carbonated beverage (and possibly still, flavored beverage) by contacting water in the carbonator with appropriate beverage substrate, for example, by injecting water into a beverage substrate capsule and / or injecting beverage substrate, in particular concentrate into the water, in particular by means of an injection device.
  • the carbonating agents are designed such that with these the liquid to a CO 2 content of about 3g / l, in particular between 4g / l, preferably between 4g / l and 15g / l, most preferably between 5g / l and 15g / l, more preferably between 5g / l and 9g / l CO 2 , is carbonizable.
  • phase change temperature of the phase change material from liquid to solid is at least 0.1 ° C and is preferably selected between 0.1 ° C and 10 ° C. It is particularly preferred if the phase change temperature between 0.1 ° C and 6 ° C, even more preferably between 0.1 ° C and 5 ° C, most preferably between 0.5 ° C and 2 ° C is selected.
  • phase change material is not free, but is bound to a polymer structure.
  • This technology prevents free flowing phase change material after its phase transition into the liquid phase.
  • the phase change material in particular due to the connection to a polymer structure, is injection-moldable or castable, for which purpose in particular the carrier polymer has to be melted.
  • the melting temperature is preferably above 20 ° C., in particular above 50 ° C., even more preferably above 100 ° C., very particularly preferably above 110 ° C., for example between 120 ° C. and 170 ° C.
  • phase change material is moldable due to a polymer structure connection or due to another technology
  • the, in particular polymer bound phase change material ie a composition containing the phase change material
  • in addition to the phase change material comprises a further constituent such as a carrier polymer is present as a dimensionally stable shaped body which is dimensionally stable up to at least a temperature of 20 ° C, even more preferably of at least 50 ° C, most preferably of at least 100 ° C, even more preferably of at least 110 ° C.
  • phase change material or of the composition (in particular together with a carrier material) as a shaped body has considerable advantages, in particular for household appliances - for example, special seals can be dispensed with since the phase change material can not flow away even in the liquid phase.
  • production of the shaped body or of the cold storage can be carried out by conventional plastic molding processes, such as injection molding or casting, in particular by encapsulation or encapsulation of a flow line for a flow heat exchanger and / or then simultaneously serving as a cooling tank Karbonisiermicer.
  • this design offers the advantage that large heat transfer surfaces, such as rib structures, particularly simple and full-surface can be surrounded with the Latent tannintik.
  • the carbonator vessel serves primarily to carbonize water or a flavored beverage made therefrom, and may, as is preferred, simultaneously serve to hold and / or cool liquid received therein, as will be explained later, as the carbonator vessel simultaneously Cooling container is formed, which is at least partially surrounded by the Latent Kolte kann or by the Latentkarlte Mission protrudes at least partially into the container.
  • the Karbonisier matterer comprises an inner volume or has a receiving volume of liquid between 200 mm and 3000 mm, most preferably between 400 mm and 1500 mm, even more preferably between 500 mm and 1000 mm. Particularly preferred is a diameter of the cooling tank over 5 cm.
  • the carbonizers are connected to a CO 2 pressure accumulator, which is either permanently installed in the carbonator or better exchangeable at this fixable.
  • the CO 2 pressure accumulator is preferably a CO 2 compressed gas cylinder, which is even more preferably replaceable for refilling.
  • the carbonating container is designed at the same time as a cooling container for cooling and / or keeping water cool and / or a beverage produced in the context of the water-based carbonating device.
  • the Karbonisier matterser is preferably at least partially surrounded by the Latent holte Items, in particular cast or overmoulded.
  • the latent cold storage can be arranged at least in sections in the Karbonisier disposer, for example, project axially or radially in this.
  • an embodiment of the Karbonisiervoriques has been found in which the Karbonisier constituer for cooling purposes, a metal shell, in particular a light metal alloy shell, such as an aluminum alloy jacket, which is at least partially, preferably completely surrounded by the Latentkarlte Mission, in particular cast or overmolded, the cold storage preferably in turn is surrounded by a thermal insulation material, wherein the thermal insulation material may be, for example, a plastic foam material and / or a sprayable material.
  • At least one, preferably monolithic (one-piece) formed with the metal shell or the metal shell thermally conductive contacting cold junction contact surface is the metal shell, which is thermally conductive of the cooling device, in particular a thermoelectric cooling element, contacted.
  • the cold junction contact surface is preferably provided on an axial and / or radial extension, which penetrates the latent cold storage surrounding the metal jacket and preferably at least in sections also the preferably provided thermal insulation material in order to connect or contact the cooling device from the outside.
  • the term primarily refers to a jacket of the cooling or carbonizing container formed as a metal jacket.
  • this is only a preferred embodiment.
  • heat-conducting Materials such as plastic materials, which, if provided, may also include optional ducting of a flow heat exchanger, such as by overmolding.
  • the metal shell with a contoured outer surface into which the phase change material (cold storage medium) protrudes, which in particular by encapsulation or encapsulation of this contoured outer surface with the latent cold storage material or the preferably polymer-bound phase change material is realized.
  • This flow heat exchanger preferably comprises a flow line which is operatively connected to the latent cold storage in order to be able to extract thermal energy from the liquid flowing through the flow line with it.
  • a, preferably coiled, liquid line includes at least partially extends within the Karbonisier variouserwandung, in particular cast into this, for example for the preferred Case of at least partially forming the container wall made of metal casting material.
  • the latent cold storage removes heat energy both from the liquid flowing through the flow heat exchanger and from the liquid taken up in the carbonizing tank.
  • the Karbonisiervoriques with, preferably electromotive, funding in particular in the form of a pump, such as a vibrating tank pump or a rotary piston pump or alternatively to a pump with a delivery centrifuge for conveying water from the water supply means in the direction of the latent cold storage, in particular in the Karbonisier essenceer and / or by an optional flow heat exchanger having.
  • a pump such as a vibrating tank pump or a rotary piston pump
  • a delivery centrifuge for conveying water from the water supply means in the direction of the latent cold storage, in particular in the Karbonisier essenceer and / or by an optional flow heat exchanger having.
  • a producible delivery volume flow of the conveying means is between 200 ml / min and 1000 ml / min, very particularly preferably between 250 ml / min and 800 ml / min.
  • the invention provides a level control which activates the conveying means, in order to ensure a constant filling level, which is preferably between 200 ml and 3000 ml, very particularly preferably between 400 ml and 1500 ml, even more preferably between 500 ml and 1000 ml.
  • Fig. 1 is a fluid scheme of a trained according to the concept of the invention beverage cooling device (hereinafter device 1) for the household sector, that is designed as a household appliance for small quantities shown.
  • device 1 beverage cooling device
  • the device 1 comprises water supply means 2, here in the form of a refillable water tank, which is removably arranged for refilling. Additionally or alternatively, the device 1 may be provided with a connection for connection to a fixed water connection line.
  • the water supply means 2 comprise in the concrete embodiment a coupling valve 3, comprising a check valve arrangement, to allow removal of the water tank for cleaning and Wiederbe colll compositionen.
  • water supply means 2 performs a water supply line 4 within the device 1 to conveyors 5, here in the form of a pump, preferably a vibrating piston pump.
  • the conveying means 5 serve to supply 1 of a container 6 with water.
  • the container 6 is configured in the embodiment shown at the same time as a cooling tank and Karbonisier theoreticaler.
  • the conveying means 5 downstream water supply line (pressure side) opens into a surrounding the container interior volume, here helically executed flow heat exchanger 7 and can then be used as still water, i. flow in non-carbonized form via a first outlet valve 8 to an outlet 9 in a beverage container 10, in particular a glass or a cup or a pitcher.
  • the first exhaust valve 8 is located in an outlet pipe 11 for still water.
  • an outlet line 12 of the throughflow heat exchanger 7 is divided into the above-mentioned outlet line for still water 11 and a filling line 13 with filling valve 14 for filling the container 6 with water to be carbonated.
  • the container 6 is provided to maintain a constant filling level with an indicated level control 15, over which the conveyor 5 are controlled accordingly.
  • the container 6 carbonating 16, preferably comprising a carbonating associated with which can be supplied via a pressure line 17 with CO 2 from a CO 2 pressure accumulator 18 of the device 1 to carbonize the water.
  • the container 6 is, as later with reference to the Fig. 3 to 16 will be explained, at least largely surrounded by a latent cold storage 19 based on synthetic phase change material, here on paraffin-based, which is in injection-molded form, which is possible in that the phase change material is bound to a polymer structure, which at the same time a free flow of the phase change material a phase change from solid or crystalline to liquid prevented.
  • a latent cold storage 19 based on synthetic phase change material, here on paraffin-based, which is in injection-molded form, which is possible in that the phase change material is bound to a polymer structure, which at the same time a free flow of the phase change material a phase change from solid or crystalline to liquid prevented.
  • a latent cold storage 19 based on synthetic phase change material, here on paraffin-based, which is in injection-molded form, which is possible in that the phase change material is bound to a polymer structure, which at the same time a free flow of the phase change material a phase change from solid or crystalline to
  • Fig. 1 how to get out Fig. 1 is the latent cold storage 19 associated with a cooling device 22, in the concrete embodiment, a thermoelectric cooling device by utilizing the thermoelectric effect.
  • a thermoelectric cooling device by utilizing the thermoelectric effect. This deprives the Latent holte Art 19, ie the phase change material heat energy or, in simple terms, charges it with cold energy.
  • Fig. 2 the basic mode of action of the cooling cold storage agent is shown.
  • the latent cold storage 19 with its polymer-bound phase change material.
  • This engages in projections / ribs of a metal body 23, wherein a line 24 of a throughflow heat exchanger 7 extends through the metal body 23.
  • the metal body 23 is contacted by a, here again thermoelectric cooling device 22, with which the metal body 23 and thus due to the contact of the latent cold accumulator 19 the latent cold accumulator 19 heat is removed and thus this can be charged with cold energy.
  • the cooling device 22 both via the cooling device 22, but in particular also via the latent cold storage 19, the liquid flowing through the conduit 24 is cooled.
  • a cylindrical envelope contour which is achieved by winding the line 24.
  • the helixes are here fixed by way of example via a plurality of retaining elements 25 spaced apart in the circumferential direction.
  • Fig. 2 It can be seen that the line 24 according to Fig. 3 is located on the outer circumference of a cylindrical metal tube 26, which passes through the helical or cylindrical shape of the conduit 24 along its longitudinal extent.
  • Fig. 6 It can be seen that the metal tube 26 is enclosed on the outer circumference including the line 24 of achtmetallleg istsguss Modell, here an aluminum casting structure 27.
  • Aluminum casting structure 27 and metal tube 26 together form a metal shell 28 of the in Fig. 1 and 14
  • the rib structure on the outer circumference of the metal shell 28 can be seen with a multiplicity of heat transfer or cooling ribs 29, which are here spaced apart in the axial direction by way of example Fig.
  • FIGS. 7 and 8 From a synopsis of FIGS. 7 and 8 shows that the metal shell 28 is surrounded by a Latentkarlte Equipment 19.
  • This consists in the specific embodiment of a polymer-bonded phase change material 31, which was formed by injection molding, here encapsulation of the metal shell 28 to the shown, substantially cylindrical shaped body 32 which extends in the radial direction inwardly into the areas between the ribs 29, thus a large contact or cold or heat transfer surface to the metal shell 28 to achieve.
  • the latent cold storage 19 is enclosed on its outer sides by a thermal insulation material 34, for example an insulating foam.
  • the container 6 with heat exchanger 7, metal shell 28, Latentkarlte Grande 19 and therefore located around thermal insulation material 34 is shown in different views. It can be seen that the tube for completing or forming the container 6 is provided with a bottom element 35 and a cover element 36 having various connections. The connections are a supply connection for otherwise not further shown carbonizing agent and a filling connection for replenishing water and an outlet or outlet connection leading to the outlet. It can be seen that the cold junction contact surfaces 30 are excluded from the thermal insulation material and thus thermally conductive or cold conductive contactable.
  • Fig. 14 to 16 show up on not shown for reasons of clarity carbonating the filling line 13 and the outlet line 20 for carbonated water.
  • this flavouring device preferably contains a so-called injection device for injecting water into a beverage substrate unit containing the beverage substrate, in particular a beverage substrate capsule, depending on the nature of the substrate leaching it and / or dissolved and / or mixed with still or carbonated water.
  • An alternative embodiment of the Flavorisier leads provides an injection pump with which, in particular in a stream of water in the flow or, for example, in a mixing container, for example, the container 6 (especially when it is provided with a corresponding stirring device or mixing device) beverage substrate, in particular concentrate is injectable ,
  • the container 6, wherein in the metal shell 28 of the heat exchanger 7 is integrated by integration of the coiled line 24. Outside the metal jacket 28 is the latent cold storage 19, which in turn is surrounded by the thermal insulation material 34.
  • the cold junction contact surfaces 30 are contacted by thermocouples 37 of the cooling device 22, which has a fan 38 to dissipate the heat from the thermoelectric elements 37.
  • the corresponding hot air flow 39 of discharged, heated air is in Fig. 15 shown.
  • Fig. 16 if an intake of cold air stream 40 is additionally drawn in, which then dissipates the latent cold storage 19 extracted heat.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Karbonisiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für den Haushaltsbereich zum Karbonisieren von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser oder eines auf Wasserbasis hergestellten Getränkes, umfassend Wasserversorgungsmittel, bevorzugt einen Wasseranschluss zum Anschließen an eine Haus- (bzw. Fest-) Wasserleitung und/oder einen (wiederbefüllbaren) Wassertank sowie einen Karbonisierbehälter, dem mit CO2 versorgbare Karbonisiermittel, insbesondere eine Karbonisierkerze, zum Karbonisieren von Flüssigkeit zugeordnet, insbesondere in diesem angeordnet, sind.
  • Bekannte Karbonisiervorrichtungen für den Haushaltsbereich umfassen in der Regel eine austauschbare CO2-Druckflasche sowie ein Innengewinde zum Festlegen einer lösbaren Flasche, je nach Ausführungsform aus Glas oder Kunststoff. In dieser Flasche kann zu karbonisierendes Wasser aufgenommen werden, welches üblicherweise zuvor über einen Wasserhahn einer Festwasserleitung entnommen wurde. Dem zu karbonisierenden Wasser kann manuell Sirup zur Flavorisierung zugegeben werden. Für den Fall, dass der Nutzer ein gekühltes, karbonisiertes Getränk trinken möchte, muss er entweder vorher das zu karbonisierende Wasser oder das fertige Getränk im Anschluss an die Karbonisierung in einem Kühlschrank kühlen.
  • Die DE 10 2005 014 742 A2 zeigt eine Vorrichtung zum Kühlen von Lebensmitteln, umfassend ein Phasenwechselmaterial mit einem Phasenübergang bei oberhalb von 0°C und einen, darin angeordneten und nicht als Vorratsbehälter ausgebildeten, Karbonisierbehälter zum Aufkarbonisieren von Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird durch eine, dem Karbonisierbehälter vorgeordnete und, im Phasenwechselmaterial angeordneten, Rohrwendel schockgekühlt bevor eine Aufbarbonisierung in dem kleinen Karbonisierbehälter erfolgt.
  • Die WO 2011 102672 A2 beschreibt eine Karbonisiervorrichtung zum Karbonisieren von Flüssigkeit umfassend ein Phasenwechselmaterial als Kältespeicher und einen Karbonisierbehälter. Zur Kühlung der Flüssigkeit ist dem, eine Außenwand aufweisenden, Karbonisierbehälter das Phasenwechselmaterial zugeordnet. Zur Kühlung des Phasenwechselmaterials ist diesem ein Wärmetauscher zugeordnet, der mit einem räumlich getrennt angeordneten Verdampfer sowie einem Kompressor fluidleitend verbunden ist.
    Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Karbonisiervorrichtung für den Haushalt anzugeben, mit welcher die Bereitstellung eines kühlen, karbonisierten Getränks möglich ist, wobei ein Anfrieren von zu kühlender Flüssigkeit, insbesondere Wasser, sicher vermieden werden soll.
  • Bevorzugt soll die Karbonisiervorrichtung den hygienischen Anforderungen Rechnung tragen.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Karbonisiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. bei einer gattungsgemäßen Karbonisiervorrichtung dadurch, dass dem Karbonisierbehälter zum Kühlen von darin befindlicher Flüssigkeit ein Latentkältespeicher zugeordnet ist, umfassend ein, bevorzugt synthetisches, Phasenwechselmaterial, welches zur Kältespeicherung die Enthalpie eines thermodynamischen Phasenwechsels von flüssig zu fest, insbesondere von flüssig zu kristallin, bei Unterschreiten einer Phasenwechseltemperatur nutzend ausgebildet ist, wobei diese Phasenwechseltemperatur auf eine Temperatur von oberhalb 0°C eingestellt bzw. das Phasenwechselmaterial so ausgebildet bzw. ausgewählt ist, dass die Phasenwechseltemperatur oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser bei Normaldruck 1013 m/bar beträgt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmale.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Karbonisiervorrichtung mit einem Latentkältespeicher auszustatten, der ein, bevorzugt synthetisches, Phasenwechselmaterial (Phasenübergangsmaterial) enthält, welches zur Kältespeicherung die Energie eines thermodynamischen Phasenwechsels (Phasenübergangs) von flüssig zu fest, insbesondere von flüssig zu kristallin, bei Unterschreiten eines Phasenwechseltemperatur von oberhalb 0°C nutzend ausgebildet ist, also oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser, um somit sicher ein Frieren der zu kühlenden Flüssigkeit in der Getränkekühlvorrichtung, insbesondere bei Normalbedingungen, d.h. bei einem Atmosphärendruck von 1013 m/bar und einer Umgebungstemperatur von 20°C zu verhindern. Bei Phasenwechselmaterialien (PCM-Materialien) ist die latente Wärme, insbesondere die Schmelzwärme, wesentlich größer als die Wärme, die sie aufgrund ihrer normalen spezifischen Wärmekapazität (ohne den Phasenumwandlungseffekt) speichern kann. Dieser Phasenumwandlungseffekt wird vorliegend im Rahmen einer Haushaltsgetränkekarbonisiervorrichtung ausgenutzt, indem durch den Phasenübergang des Phasenwechselmaterials von fest zu flüssig der zu kühlenden Flüssigkeit ein erhebliches Maß an Wärmeenergie entzogen und diese somit gekühlt wird. Diese entzogene Wärmeenergie wird dem Latentkältespeicher erfindungsgemäß mit der Kühleinrichtung entzogen, bevorzugt derart, dass durch die Wirkung der Kühleinrichtung der bei der Kühlung der Flüssigkeit auftretende Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials rückgängig gemacht wird, also das Phasenwechselmaterial zum Speichern der Kälteenergie wieder verfestigt wird. Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Phasenwechselmaterial bevorzugt um ein synthetisches, insbesondere nicht auf Wasserbasis hergestelltes Phasenwechselmaterial, dessen Phasenwechseltemperatur auf eine Temperatur von oberhalb 0°C eingestellt ist. Ganz besonders bevorzugt enthält das Phasenwechselmaterial Paraffin bzw. ist auf Paraffinbasis ausgebildet.
  • Der Einsatz eines solchen Latentkältespeichers in Haushaltskarbonisiervorrichtungen für Getränke bringt erhebliche Vorteile mit sich. So wird aufgrund der speziellen Auswahl oder Einstellung des Phasenwechselmaterials mit einer Phasenwechseltemperatur von oberhalb 0°C ein Anfrieren von zu kühlender Flüssigkeit innerhalb der Karbonisiervorrichtung sicher vermieden, wie dieses auftreten würde, wenn an sich bekannte auf Wasser- bzw. Eisbasis arbeitende Kältespeichersysteme, wie diese beispielsweise in professionellen Zapfanlagen eingesetzt werden, anstelle des Latentkältespeichers verwendet würden.
  • Darüber hinaus ist der Latentkältespeicher pflegearm, d.h. das Phasenwechselmaterial muss vom Nutzer nicht ausgetauscht bzw. erneuert werden, wie dies bei bekannten Wasser- bzw. Eisbasiskältespeichern der Fall ist. Darüber hinaus ist der Latentkältespeicher wartungsfrei. Durch die Integration eines Latentkältespeichers in eine Haushalts-Karbonisiervorrichtung kann dem Nutzer auf komfortable und einfach zu bedienende Weise ein auf eine Temperatur von unter 10°C, noch weiter bevorzugt unter 8°C gekühltes, karbonisiertes Getränk bereitgestellt werden. Ganz besonders bevorzugt ist der Latentkältespeicher derart ausgebildet, dass mit der erfindungsgemäßen Karbonisiervorrichtung Getränke auf eine Temperatur zwischen 1°C und 8°C, ganz besonders bevorzugt zwischen 2°C und 6°C, kühlbar sind, insbesondere ausgehend von einer Ursprungswassertemperatur, beispielsweise von einer typischen Raumtemperatur von 20°C oder 22°C oder einer Wassertemperatur in einem Wasserleitungsnetz, beispielsweise zwischen 9°C und 16°C.
  • Bevorzugt ist der Karbonisierbehälter als Druckbehälter ausgebildet und/oder angesteuert, wobei der Druck im Behälter während und/oder nach der Karbonisierung bevorzugt zwischen 2 bar und 12 bar, bevorzugt zwischen 3,5 bar und 7 bar, beträgt. Wie später noch erläutert werden wird, dient in Weiterbildung der Erfindung der Behälterdruck zum Ausleiten von karbonisierter Flüssigkeit in Richtung zu einem Auslass, bevorzugt unter Verzicht auf entsprechende elektromotorische Fördermittel, wie einer Pumpe.
  • Wie später noch erläutert werden wird, stellt die Karbonisiervorrichtung (über den Latentkältespeicher) gekühltes, karbonisiertes Wasser zur Verfügung, wobei der Wärmeübergang der zu kühlenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in den Latentkältespeicher mittels eines Durchflusswärmetauschers und/oder in dem Karbonisierbehälter entzogen wird, der, wie noch erläutert werden wird, bevorzugt von dem Latentkältespeicher umgeben ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Karbonisiervorrichtung neben gekühltem karbonisiertem Getränk, gekühltes, nicht karbonisiertes Getränk, insbesondere stilles Wasser, an einem Auslass bereitstellt, welches diesem bevorzugt unter Umgehung des Karbonisierbehälters zugeführt wird. Unabhängig davon, ob die Kühlvorrichtung ausschließlich karbonisiertes Getränk oder zusätzlich auch stilles Getränk ausgeben kann, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Karbonisiervorrichtung mit einer Flavorisiereinrichtung auszustatten, um mit Geschmack versehenes, d.h. flavorisiertes, karbonisiertes Getränk (und ggf. stilles, flavorisiertes Getränk) ausgeben zu können, indem Wasser in der Karbonisiervorrichtung in Kontakt gebracht wird mit entsprechendem Getränkesubstrat, beispielsweise durch Injizieren von Wasser in eine Getränkesubstratkapsel und/oder Injizieren von Getränkesubstrat, insbesondere Konzentrat in das Wasser, insbesondere mittels einer Einspritzeinrichtung.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Karbonisiermittel derart ausgebildet sind, dass mit diesen die Flüssigkeit auf einen CO2-Anteil von über 3g/l, insbesondere zwischen 4g/l, vorzugsweise zwischen 4g/l und 15g/l, ganz besonders bevorzugt zwischen 5g/l und 15g/l, noch weiter bevorzugt zwischen 5g/l und 9g/l CO2, karbonisierbar ist.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Phasenwechseltemperatur des Phasenwechselmaterials von flüssig zu fest, insbesondere bei 1013 m/bar mindestens 0,1°C beträgt und bevorzugt zwischen 0,1°C und 10°C gewählt ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Phasenwechseltemperatur zwischen 0,1°C und 6°C, noch weiter bevorzugt zwischen 0,1°C und 5°C, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,5°C und 2°C gewählt ist.
  • Optimal für den Einsatz in den hier interessierenden Haushaltsvorrichtungen ist es, wenn das Phasenwechselmaterial nicht frei vorliegt, sondern an eine Polymerstruktur gebunden ist. Diese Technologie verhindert ein freies fließendes Phasenwechselmaterial nach seinem Phasenübergang in die flüssige Phase. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Phasenwechselmaterial, insbesondere aufgrund der Anbindung an einer Polymerstruktur spritzgießbar oder gießbar ist, wozu insbesondere das Trägerpolymer aufgeschmolzen werden muss. Bevorzugt liegt die Schmelztemperatur über 20°C, insbesondere über 50°C, noch weiter bevorzugt über 100°C, ganz besonders bevorzugt über 110°C, beispielsweise zwischen 120°C und 170°C. Unabhängig davon, ob das Phasenwechselmaterial aufgrund einer Polymerstrukturanbindung oder aufgrund einer anderen Technologie zu einem Formkörper formbar ist, ist es bevorzugt, wenn das, insbesondere polymergebundene Phasenwechselmaterial, also eine das Phasenwechselmaterial enthaltende Zusammensetzung, die neben dem Phasenwechselmaterial einen weiteren Bestandteil, wie ein Trägerpolymer umfasst, als formstabiler Formkörper vorliegt, der formstabil ist bis mindestens zu einer Temperatur von 20°C, noch weiter bevorzugt von mindestens 50°C, ganz besonders bevorzugt von mindestens 100°C, noch weiter bevorzugt von mindestens 110°C.
  • Die Ausbildung des Phasenwechselmaterials bzw. der Zusammensetzung (insbesondere zusammen mit einem Trägermaterial) als Formkörper, hat insbesondere für Haushaltsgeräte erhebliche Vorteile - so kann beispielsweise auf spezielle Abdichtungen verzichtet werden, da das Phasenwechselmaterial auch in der flüssigen Phase nicht davon fließen kann. Darüber hinaus kann die Herstellung des Formkörpers bzw. des Kältespeichers durch übliche Kunststoffformprozesse, wie Spritzgießen oder Gießen erfolgen, insbesondere durch Umspritzen oder Umgießen einer Durchflussleitung für einen Durchflusswärmetauscher und/oder des dann gleichzeitig als Kühlbehälter dienenden Karbonisierbehälter. Zudem bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass große Wärmeübergangsflächen, wie Rippenstrukturen, besonders einfach und vollflächig mit dem Latentkältespeicher umgeben werden können.
  • Der Karbonisierbehälter dient in erster Linie der Karbonisierung von Wasser oder eines daraus hergestellten, flavorisierten Getränks und kann, was bevorzugt ist, gleichzeitig zum Kühlhalten und/oder zum Kühlen von darin aufgenommener Flüssigkeit dienen, wenn, wie noch erläutert werden wird, der Karbonisierbehälter gleichzeitig als Kühlbehälter ausgebildet ist, der zumindest abschnittsweise von dem Latentkältespeicher umgeben ist oder indem der Latentkältespeicher zumindest abschnittsweise in den Behälter hineinragt. Bevorzugt umfasst der Karbonisierbehälter ein Innenvolumen bzw. weist ein Aufnahmevolumen von Flüssigkeit zwischen 200 mm und 3000 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 400 mm und 1500 mm, noch weiter bevorzugt zwischen 500 mm und 1000 mm auf. Besonders bevorzugt beträgt ein Durchmesser des Kühlbehälters über 5 cm.
  • Zur Bereitstellung des für eine Karbonisierung benötigen CO2 in der Karbonisiervorrichtung ist es von Vorteil, wenn die Karbonisiermittel mit einem CO2-Druckspeicher verbunden sind, der entweder fest in der Karbonisiervorrichtung verbaut oder besser austauschbar an dieser festlegbar ist. Bei dem CO2-Druckspeicher handelt es sich bevorzugt um eine CO2-Druckgasflasche, die noch weiter bevorzugt zum Wiederbefüllen austauschbar ist.
  • Wie bereits angedeutet ist es besonders bevorzugt, wenn der Karbonisierbehälter gleichzeitig als Kühlbehälter zum Kühlen und/oder Kühlhalten von Wasser und/oder einem im Rahmen der Karbonisiervorrichtung auf Wasserbasis hergestellten Getränkes ausgestaltet ist. Hierzu ist der Karbonisierbehälter bevorzugt zumindest abschnittsweise von dem Latentkältespeicher umgeben, insbesondere umgossen oder umspritzt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der Latentkältespeicher zumindest abschnittsweise in dem Karbonisierbehälter angeordnet sein, beispielsweise axial oder radial in diesen hineinragen.
  • Als besonders zweckmäßig hat sich eine Ausgestaltung der Karbonisiervorrichtung herausgestellt, bei der der Karbonisierbehälter zu Kühlzwecken einen Metallmantel, insbesondere einen Leichtmetalllegierungsmantel, wie einen Aluminiumlegierungsmantel aufweist, der zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollumfänglich von dem Latentkältespeicher umgeben ist, insbesondere umgossen oder umspritzt ist, wobei der Kältespeicher bevorzugt wiederum von einem Wärmedämmmaterial umgeben ist, wobei es sich bei dem Wärmedämmmaterial beispielsweise um ein Kunststoffschaummaterial handeln kann und/oder um ein spritzbares Material.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich nun herausgestellt, wenn dem Metallmantel mindestens eine, bevorzugt monolithisch (einteilig) mit dem Metallmantel ausgebildete oder den Metallmantel wärmeleitend kontaktierende Kälteübergangskontaktfläche zugeordnet ist, die wärmeleitend von der Kühleinrichtung, insbesondere einem thermoelektrischen Kühlelement, kontaktiert ist. Bevorzugt ist die Kälteübergangskontaktfläche an einem Axial- und/oder Radialfortsatz vorgesehen, der den den Metallmantel umgebenden Latentkältespeicher durchsetzt und bevorzugt zumindest abschnittweise auch das bevorzugt vorgesehene Wärmedämmmaterial, um dann von außen die Kühleinrichtung anschließen bzw. kontaktieren zu können.
  • Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist in erster Linie die Rede von einem als Metallmantel ausgebildeten Mantel des Kühl- oder Karbonisierbehälters. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Denkbar ist auch der Einsatz alternativer, wärmeleitender Materialien, wie Kunststoffmaterialien, die, falls diese vorgesehen werden, auch eine fakultative Leitung eines Durchflusswärmetauschers beinhalten können, beispielsweise durch Umspritzen. Dies bedeutet, dass sämtliche Offenbarungsstellen, an denen von einem Metallmantel die Rede ist auch im Sinne eines Mantels allgemein, d.h. unabhängig von der Materialwahl, zu verstehen sind.
  • Zur Gewährleistung eines guten Wärmeübergangs zwischen Latentkältespeicher und Kühlbehälter bzw. Karbonisierbehälter hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den Metallmantel mit einer konturierten Außenfläche zu versehen, in die das Phasenwechselmaterial (Kältespeichermedium) ragt, was insbesondere durch Umspritzen oder Umgießen dieser konturierten Außenfläche mit dem Latentkältespeichermaterial bzw. dem bevorzugt polymergebundenen Phasenwechselmaterial realisiert ist. Wie erwähnt, ist es zusätzlich oder alternativ zur Ausbildung des Karbonisierbehälters als zumindest abschnittsweise von dem Latentkältespeicher begrenzten Kühlbehälters zur Kühlung von Flüssigkeit während einer Ruhephase möglich und bevorzugt, einen dem Latentkältespeicher zugeordneten Durchflusswärmetauscher vorzusehen, um Wasser und/oder ein daraus hergestelltes flavorisiertes Getränk zu kühlen. Dieser Durchflusswärmetauscher umfasst bevorzugt eine Durchflussleitung, die mit dem Latentkältespeicher wirkverbunden ist, um mit diesem der durch die Durchflussleitung strömenden Flüssigkeit Wärmeenergie entziehen zu können.
  • Ganz besonders bevorzugt ist eine Kombination aus Durchflusswärmetauscher und als Kühlbehälter ausgebildeten Karbonisierbehälter, die sich eines gemeinsamen oder unterschiedlicher Latentkältespeicher(s) bedienen, wobei bevorzugt auch die im Durchflusswärmetauscher vorgekühlte Flüssigkeit, insbesondere Wasser dem als Kühlbehälter ausgebildeten Karbonisierbehälters zugeführt und/oder an diesem vorbei unmittelbar in Richtung eines Auslasses geleitet wird.
  • Insbesondere beim Vorsehen einer Kombination aus Durchflusswärmetauscher und als Kühlbehälter ausgebildetem Karbonisierbehälter ist es von Vorteil, wenn der Durchflusswärmetauscher, eine, bevorzugt gewendelte, Flüssigkeitsleitung (Durchflussleitung) umfasst, die zumindest abschnittsweise innerhalb der Karbonisierbehälterwandung verläuft, insbesondere in diese eingegossen ist, beispielsweise für den bevorzugten Fall der zumindest abschnittsweisen Ausbildung der Behälterwandung aus Metallgussmaterial. Zusätzlich oder alternativ verläuft die Flüssigkeitsleitung des Durchflusswärmetauschers außerhalb der Karbonisierbehälterwandung in einem Bereich zwischen dem Karbonisierbehälter und dem Latentkältespeicher oder innerhalb des Latentkältespeichers. Bei den zuvor erwähnten Realisierungsmöglichkeiten entzieht der Latentkältespeicher sowohl der durch den Durchflusswärmetauscher strömenden Flüssigkeit als auch der im Karbonisierbehälter aufgenommenen Flüssigkeit Wärmeenergie.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Karbonisiervorrichtung mit, bevorzugt elektromotorischen, Fördermitteln, insbesondere in Form einer Pumpe, beispielsweise einer Schwingankerpumpe oder einer Rotationskolbenpumpe oder alternativ zu einer Pumpe mit einer Förderzentrifuge, zum Fördern von Wasser von den Wasserversorgungsmitteln in Richtung zu dem Latentkältespeicher, insbesondere in den Karbonisierbehälter und/oder durch einen fakultativen Durchflusswärmetauscher, aufweist.
  • Bevorzugt beträgt ein erzeugbarer Fördervolumenstrom der Fördermittel zwischen 200ml/min und 1000 ml/min, ganz besonders bevorzugt zwischen 250ml/min und 800ml/min. Für den bevorzugten Fall der Realisierung des Karbonisierbehälters als Kühlbehälter ist in Weiterbildung der Erfindung eine die Fördermittel ansteuernde Niveauregelung vorgesehen, um für ein gleichbleibendes Füllniveau Sorge zu tragen, welches bevorzugt zwischen 200ml und 3000 ml, ganz besonders bevorzugt zwischen 400ml und 1500 ml, noch weiter bevorzugt zwischen 500 ml und 1000 ml, beträgt.
  • Grundsätzlich ist es möglich, im Karbonisierbehälter karbonisierte Flüssigkeit aus dem Karbonisierbehälter zu einem Getränkeauslass mittels einer Pumpe oder dgl. elektromotorisch betriebenen Fördermittel zu befördern. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der karbonisierte Flüssigkeit aus dem Karbonisierbehälter mittels CO2-Druck, insbesondere aus dem vorerwähnten Druckspeicher zu dem Auslauf, insbesondere durch ein manuell oder automatisiert betätigbares Auslassventil förderbar ist, wodurch auf eine ansonsten notwendige Austragspumpe verzichtet werden kann.
  • Wie eingangs bereits angedeutet, ist es grundsätzlich möglich, dass mit der Karbonisiervorrichtung lediglich karbonisiertes Wasser (ohne Geschmackszugabe und ggf. zusätzlich gekühltes stilles Wasser) bereitgestellt wird. Besonders zweckmäßig ist es jedoch in Weiterbildung der Erfindung, die Karbonisiervorrichtung mit einer Flavorisiereinrichtung auszustatten, mittels der stilles und/oder karbonisiertes Wasser mit Getränkesubstrat in Kontakt bringbar ist, beispielsweise in an sich bekannter Weise durch das Vorsehen einer Injektionseinrichtung zum Injizieren von Wasser in bzw. zum Durchleiten von Wasser durch eine Getränkesubstrateinheit, insbesondere einer Getränkesubstratkapsel und/oder das Vorsehen einer bevorzugt eine Einspritzpumpe umfassenden Einrichtung zum Einspritzen von Getränkesubstrat, insbesondere Konzentrat in das Wasser, insbesondere während des Durchflusses und/oder in den Karbonisierbehälter hinein.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
  • Diese zeigen in:
    • Fig. 1:
    ein Fluidschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung,
    Fig. 2:
    in einer Prinzipdarstellung das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Kombination aus Latentkältespeicher und Kühleinrichtung im Rahmen eines Haushaltsgerätes zur Kühlung und/oder Karbonisierung von Flüssigkeit, insbesondere Wasser,
    Fig. 3 bis Fig. 16:
    den Aufbau wesentlicher Komponenten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung in teilweise geschnittenen Darstellungen, wobei sich der Grundaufbau aus einer chronologischen Betrachtung der Figuren ergibt.
  • In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In Fig. 1 ist ein Fluidschema einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Getränkekühlvorrichtung (im Folgenden Vorrichtung 1) für den Haushaltsbereich, d.h. ausgebildet als Haushaltsgerät für Kleinmengen gezeigt.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst Wasserversorgungsmittel 2, hier in Form eines nachfüllbaren Wassertanks, der zum Wiederauffüllen entnehmbar angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung 1 mit einem Anschluss zum Anschließen an eine Festwasseranschlussleitung versehen sein. Die Wasserversorgungsmittel 2 umfassen in dem konkreten Ausführungsbeispiel ein Kopplungsventil 3, umfassend eine Rückschlagventilanordnung, um eine Entnahme des Wasserbehälters zu Reinigungs- und Wiederbefüllzwecken zu ermöglichen.
  • Von den Wasserversorgungsmitteln 2 führt eine Wasserversorgungsleitung 4 innerhalb der Vorrichtung 1 zu Fördermitteln 5, hier in Form einer Pumpe, bevorzugt einer Schwingkolbenpumpe.
  • Die Fördermittel 5 dienen der Versorgung 1 eines Behälters 6 mit Wasser. Der Behälter 6 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Kühlbehälter und Karbonisierbehälter ausgestaltet. Die den Fördermitteln 5 nachgeordnete Wasserversorgungsleitung (Druckseite) mündet in einen das Behälterinnenvolumen umgebenden, hier gewendelt ausgeführten Durchflusswärmetauscher 7 und kann dann als stilles Wasser, d.h. in nicht karbonisierter Form über ein ersten Auslassventil 8 zu einem Auslass 9 in ein Getränkebehältnis 10, insbesondere ein Glas oder eine Tasse oder einen Krug strömen. Das erste Auslassventil 8 befindet sich in einer Auslassleitung 11 für stilles Wasser.
  • Wie dem Fluidschema zu entnehmen ist, teilt sich eine Ausgangsleitung 12 des Durchlasswärmetauschers 7 auf, in die vorerwähnte Auslassleitung für stilles Wasser 11 sowie eine Befüllleitung 13 mit Befüllventil 14 zum Befüllen des Behälters 6 mit zu karbonisierendem Wasser. Der Behälter 6 ist zum Einhalten eines konstanten Füllniveaus mit einer angedeuteten Niveauregelung 15 ausgestattet, über die die Fördermittel 5 entsprechend geregelt werden.
  • Dem Behälter 6 sind Karbonisiermittel 16, bevorzugt umfassend eine Karbonisierkerze zugeordnet, die über eine Druckleitung 17 mit CO2 aus einem CO2-Druckspeicher 18 der Vorrichtung 1 versorgbar sind, um das Wasser zu karbonisieren.
  • Der Behälter 6 ist, wie später noch anhand der Fig. 3 bis 16 erläutert werden wird, zumindest größtenteils umgeben von einem Latentkältespeicher 19 auf der Basis von synthetischem Phasenwechselmaterial, hier auf Parafinbasis, welches in spritzgegossener Form vorliegt, was dadurch möglich ist, dass das Phasenwechselmaterial an eine Polymerstruktur gebunden ist, die gleichzeitig ein freies Fließen des Phasenwechselmaterials nach einem Phasenwechsel von fest bzw. kristallin zu flüssig verhindert. Rund um den Latentkältespeicher 19 befindet sich Wärmedämmmaterial.
  • Der Latentkältespeicher 19 hat in dem konkreten Ausführungsbeispiel zwei Aufgaben. Zum einen kühlt er das im Durchfluss durch den Durchflusswärmetauscher 7 strömende nicht karbonisierte Wasser, welches dann in gekühlter Form über die Auslassleitung 11 zum Auslass 9 geführt wird. Für den Fall, dass dieses Wasser in einem Befüllbetriebszustand über die Befüllleitung 13 in den Behälter 6 zur späteren Aufkarbonisierung strömt ist das Wasser bereits vorgekühlt. Gleichzeitig dient der Latentkältespeicher 19 aufgrund der Anordnung um die Behälterwandung herum zur Kühlung des innerhalb des Behälters 6 befindlichen Wassers vor und/oder während und/oder nach einem Aufkarbonisierungsschritt. Das karbonisierte Wasser kann über eine Auslassleitung 20 mit einem zweiten Auslassventil 21 zum Auslass 9 geleitet und dort in das Getränkebehältnis 10 gezapft werden. Selbstverständlich ist es alternativ zu dem Vorsehen eines gemeinsamen Auslasses 9 möglich, separate Auslässe für karbonisiertes und stilles Wasser vorzusehen.
    • Unabhängig davon, Bei der Auswahl des Phasenwechselmaterials ist es wesentlich, dass dieses so eingestellt bzw. ausgestaltet ist, dass mit diesem die zu kühlende Flüssigkeit, hier Wasser bei einer Umgebungstemperatur von 20°C nicht friert, d.h. also eine Eisbildung vermieden wird, was insbesondere bei zu kühlenden nichtalkoholischen Flüssigkeiten dadurch sichergestellt werden kann, dass die Phasenwechseltemperatur (Phasenübergangstemperatur) des Phasenwechselmaterials (Phasenübergangsmaterials) oberhalb von 0°C liegt.
  • Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt ist dem Latentkältespeicher 19 eine Kühleinrichtung 22 zugeordnet, in dem konkreten Ausführungsbeispiel eine thermoelektrische Kühlvorrichtung unter Ausnutzung des thermoelektrischen Effektes. Diese entzieht dem Latentkältespeicher 19, d.h. dem Phasenwechselmaterial Wärmeenergie oder lädt diesen vereinfacht ausgedrückt mit Kälteenergie auf.
  • In Fig. 2 ist das grundsätzliche Wirkprinzip der kühlenden Kältespeichermittel gezeigt. Zu erkennen ist der Latentkältespeicher 19 mit seinem polymergebundenen Phasenwechselmaterial.
    Dieses greift in Vorsprünge/Rippen eines Metallkörpers 23, wobei durch den Metallkörper 23 eine Leitung 24 eines Durchflusswärmetauschers 7 verläuft. Der Metallkörper 23 wiederum wird kontaktiert von einer, hier wieder thermoelektrischen Kühleinrichtung 22, mit welcher dem Metallkörper 23 und damit aufgrund der Kontaktierung des Latentkältespeichers 19 dem Latentkältespeicher 19 Wärme entzogen wird und somit dieser mit Kälteenergie aufgeladen werden kann. Gleichzeitig wird sowohl über die Kühleinrichtung 22, jedoch insbesondere auch über den Latentkältespeicher 19 die durch die Leitung 24 strömende Flüssigkeit gekühlt.
  • Im Folgenden wird der Aufbau einer bevorzugten Ausführungsvariante einer Komponente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erläutert, und zwar konkret der Aufbau einer kombinierten Kühl- und Karbonisiereinheit.
  • In Fig. 3 eine (Wasser- bzw. Durchfluss) Leitung 24 zur Ausbildung des in Fig. 1 erläuterten Durchflusswärmetauschers 7 gezeigt. Zu erkennen ist eine zylindrische Hüllkontur, die durch Wendeln der Leitung 24 erreicht wird. Die Wendel sind hier beispielhaft fixiert über mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Halteelemente 25.
  • Aus Fig. 2 ist zu erkennen, dass sich die Leitung 24 gemäß Fig. 3 am Außenumfang eines zylindrischen Metallrohres 26 befindet, welches die Wendel bzw. Zylinderform der Leitung 24 entlang seiner Längserstreckung durchsetzt. In Fig. 6 ist zu erkennen, dass das Metallrohr 26 am Außenumfang unter Einschluss der Leitung 24 umschlossen ist von einer Leichtmetalllegierungsgussstruktur, hier einer Aluminiumgussstruktur 27. Aluminiumgussstruktur 27 und Metallrohr 26 bilden zusammen einen Metallmantel 28 des in Fig. 1 und 14 dargestellten Behälters 6. Zu erkennen ist insbesondere die Rippenstruktur am Außenumfang des Metallmantels 28 mit einer Vielzahl von hier beispielhaft in axialer Richtung beabstandeten Wärmeübergangs- bzw. Kühlrippen 29. Der in Fig. 6 nur im Schnitt dargestellt Metallmantel 28 mit darin angeordnetem Durchflusswärmetauscher 7 ist in Fig. 5 in einer perspektivischen, schrägen Gesamtansicht gezeigt. Zu erkennen sind vor allem nach radial außen vorstehende Kälteübergangskontaktflächen 30, die bei einer fertigen Vorrichtung 1 unmittelbar kontaktiert werden von entsprechenden Gegenkontaktflächen einer Kühleinrichtung, insbesondere von thermoelektrischen Elementen der Kühleinrichtung.
  • Aus einer Zusammenschau der Fig. 7 und 8 ergibt sich, dass der Metallmantel 28 umgeben ist von einem Latentkältespeicher 19. Dieser besteht in dem konkreten Ausführungsbeispiel aus einem polymergebundenen Phasenwechselmaterial 31, welches durch Spritzgießen, hier Umspritzen des Metallmantels 28 zu dem gezeigten, im Wesentlichen zylindrischen Formkörper 32 geformt wurde, der sich in radialer Richtung nach innen in die Bereiche zwischen die Rippen 29 erstreckt, um somit eine große Kontakt- bzw. Kälte- bzw. Wärmeübergangsfläche zum Metallmantel 28 zu erzielen.
  • Zu erkennen ist, dass die die Kälteübergangskontaktflächen 30 tragenden Radialfortsätze 33 den Formkörper 32 in radialer Richtung überragen, um dann von außen von der Kühleinrichtung kontaktiert zu werden.
  • Aus den Fig. 9 und 10 ist das Ergebnis des nächsten Fertigungsschrittes ersichtlich. Hier ist zu erkennen, dass der Latentkältespeicher 19 an seinen Außenseiten umschlossen ist von einem Wärmedämmmaterial 34, beispielsweise einem Dämmschaum.
  • In den Fig. 11 bis 13 ist der Behälter 6 mit Wärmetauscher 7, Metallmantel 28, Latentkältespeicher 19 sowie darum befindlichem Wärmedämmmaterial 34 in unterschiedlichen Ansichten gezeigt. Zu erkennen ist, dass das Rohr zum Abschluss bzw. zur Ausbildung des Behälters 6 mit einem Bodenelement 35 sowie einem diverse Anschlüsse aufweisenden Deckelelement 36 versehen ist. Bei den Anschlüssen handelt es sich um einen Versorgungsanschluss für ansonsten nicht weiter gezeigte Karbonisiermittel sowie einen Befüllanschluss zum Nachfüllen von Wasser sowie einem zum Auslass führenden Entnahme- bzw. Auslassanschluss. Zu erkennen ist, dass die Kälteübergangskontaktflächen 30 von dem Wärmedämmmaterial ausgeschlossen und somit wärmeleitend bzw. kälteleitend kontaktierbar sind.
  • Fig. 14 bis 16 zeigen bis auf aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Karbonisiermittel die Befüllleitung 13 sowie die Auslassleitung 20 für karbonisiertes Wasser.
  • In die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 kann auf einfache Weise eine Flavorisiereinrichtung integriert werden, mit welcher zu karbonisierendes Wasser, nicht zu karbonisierendes bzw. stilles Wasser oder bereits karbonisiertes Wasser mit Getränkesubstrat, beispielsweise einem Sirup bzw. Konzentrat und/oder in Pulverform in Kontakt gebracht wird. Bevorzugt enthält diese Flavorisiereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante eine sogenannte Injektionseinrichtung zum Injizieren von Wasser in eine das Getränkesubstrat beinhaltende Getränkesubstrateinheit, insbesondere eine Getränkesubstratkapsel, wobei je nach Art des Substrates dieses ausgelaugt und/oder aufgelöst und/oder mit stillem oder karbonisiertem Wasser gemischt wird. Eine alternative Ausführungsform der Flavorisiereinrichtung sieht eine Einspritzpumpe vor, mit der, insbesondere in einem Wasserstrom im Durchfluss oder alternativ beispielsweise in einen Mischbehälter, beispielsweise den Behälter 6 (insbesondere wenn dieser mit einer entsprechenden Rühreinrichtung bzw. Durchmischungseinrichtung versehen wird) Getränkesubstrat, insbesondere Konzentrat einspritzbar ist.
  • Zu erkennen ist der Behälter 6, wobei in dem Metallmantel 28 der Wärmetauscher 7 durch Integration der gewendelten Leitung 24 integriert ist. Außerhalb des Metallmantels 28 befindet sich der Latentkältespeicher 19, welcher wiederum umgeben ist von dem Wärmedämmmaterial 34. Die Kälteübergangskontaktflächen 30 sind kontaktiert von Thermoelementen 37 der Kühleinrichtung 22, welche über einen Lüfter 38 verfügt, um die Wärme von den thermoelektrischen Elementen 37 abzuführen. Der entsprechende Warmluftstrom 39 von abgeführter, erwärmter Luft ist in Fig. 15 gezeigt. In Fig. 16 ist zusätzlich ein angesaugter Kaltluftstrom 40 eingezeichnet, der dann die dem Latentkältespeicher 19 entzogene Wärme abführt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Wasserversorgungsmittel
    3
    Kopplungsventil
    4
    Wasserversorgungsleitung
    5
    Fördermittel
    6
    Behälter
    7
    Durchflusswärmetauscher
    8
    erstes Auslassventil
    9
    Auslass
    10
    Getränkebehältnis
    11
    Auslassleitung für stilles Wasser
    12
    Ausgangsleitung des Durchflusswärmetauschers
    13
    Befüllleitung
    14
    Befüllventil
    15
    Niveauregelung
    16
    Karbonisierungsmittel
    17
    Druckleitung
    18
    CO2-Druckspeicher
    19
    Latentkältespeicher
    20
    Auslassleitung für karbonisiertes Wasser
    21
    zweites Auslassventil
    22
    Kühleinrichtung
    23
    Metallkörper
    24
    Leitung
    25
    Halteelemente
    26
    Metallrohr
    27
    Aluminiumdruckgusskörper
    28
    Metallmantel
    29
    Rippen
    30
    Kälteübergabeflächenmaterial
    31
    Phasenwechselmaterial
    32
    Formkörper
    33
    Radialfortsätze
    34
    Wärmedämmmaterial
    35
    Bodenelement
    36
    Deckelelement
    37
    Thermoelemente
    38
    Lüfter
    39
    Warmluftstrom
    40
    Kaltluftstrom

Claims (14)

  1. Karbonisiervorrichtung zum Karbonisieren von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser oder eines auf Wasserbasis hergestellten Getränkes, umfassend Wasserversorgungsmittel (2), bevorzugt einen Wasseranschluss zum Anschließen an eine Wasserleitung und/oder einen Wassertank, sowie einen Karbonisierbehälter (6) dem mit CO2 versorgbare Karbonisierungsmittel (16) zum Karbonisieren von Flüssigkeit zugeordnet sind,
    wobei dem Karbonisierbehälter (6) zum Kühlen von darin befindlicher Flüssigkeit ein Latentkältespeicher (19) zugeordnet ist, umfassend ein, bevorzugt synthetisches, Phasenwechselmaterial (31) welches zur Kältespeicherung die Enthalpie eines thermodynamischen Phasenwechsels von flüssig zu fest, insbesondere kristallin, bei Unterschreiten einer Phasenwechseltemperatur von oberhalb 0°C nutzend ausgebildet ist und wobei dem Latentkältespeicher (19) ein von zu kühlender Flüssigkeit durchströmbarer Durchflusswärmetauscher (7) zum Kühlen von Flüssigkeit zugeordnet ist dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flüssigkeit mit der der Durchflusswärmetauscher (7) durchströmbar ist unter Umgehung des Karbonisierbehälters (6) zu einem Auslass (9) leitbar ist.
  2. Karbonisiervorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Phasenwechseltemperatur des Phasenwechselmaterials (31), insbesondere von flüssig zu fest, bevorzugt von flüssig zu kristallin, bevorzugt bei Atmosphärendruck von 1013 mbar, von mindestens 0,1°C, bevorzugt zwischen 0,1°C und 10°C, weiter bevorzugt zwischen 0,1°C und 6°C, noch weiter bevorzugt zwischen 0,1°C und 5°C, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,5°C und 5°C beträgt.
  3. Karbonisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das, bevorzugt aus Paraffinbasis ausgebildete, Phasenwechselmaterial (31) an eine Polymerstruktur gebunden ist und/oder dass das, bevorzugt polymergebundene, Phasenwechselmaterial (31) als, insbesondere spritzgegossener oder gegossener, Formkörper (32) ausgestaltet ist, der bevorzugt bei 20°C, weiter bevorzugt bei einer Temperatur von über 100°C formstabil ist.
  4. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Karbonisierbehälter (6) ein Innenvolumen zwischen 200ml und 3000ml, insbesondere zwischen 400ml und 1500ml, besonders zwischen 500ml und 1000ml aufweist.
  5. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen CO2-Druckspeicher und/oder einen Anschluss zum lösbaren Anschließen eines austauschbaren CO2-Druckspeichers.
  6. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Karbonisierbehälter (6) zumindest abschnittsweise von dem Latentkältespeicher (19) umgeben, insbesondere umgossen oder umspritzt, ist und/oder dass der Latentkältespeicher (19) zumindest abschnittsweise in dem Karbonisierbehälter (6) angeordnet ist.
  7. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Karbonisierbehälter (6) einen, bevorzugt als Metallmantel (28) ausgebildeten Mantel, insbesondere einen Leichtmetalllegierungsmantel, aufweist, der zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollumfänglich, von dem Latentkältespeicher (19) umgeben, insbesondere umgossen oder umspritzt, ist, wobei der Latentkältespeicher (19) bevorzugt wiederum von einem Wärmedämmmantel umgeben ist.
  8. Karbonisiervorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Mantel mindestens eine, bevorzugt monolithisch mit dem Mantel ausgebildete, Kälteübergangskontaktfläche zugeordnet ist, die wärmeleitend von der Kühleinrichtung (22), insbesondere einem thermoelektrischen Kühlelement, kontaktiert ist.
  9. Karbonisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mantel eine konturierte Außenfläche, insbesondere eine Rippenkontur aufweist, wobei das Phasenwechselmaterial (31) in diese Außenkontur, insbesondere durch Umspritzen oder Umgießen, eingreift.
  10. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flüssigkeit, mit der der Durchflusswärmetauscher (7) durchströmbar ist dem Durchflusswärmetauscher (7) nachgeordnet in den Karbonisierbehälter (6) leitbar ist.
  11. Karbonisiervorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Durchflusswärmetauscher (7) eine, bevorzugt gewendelte Flüssigkeitsleitung umfasst, die zumindest abschnittsweise innerhalb der Karbonisierbehälterwandung verläuft, insbesondere in diese eingegossen ist und/oder die außerhalb der Karbonisierbehälterwandung zwischen dem Karbonisierbehälter (6) und dem Latentkältespeicher (19) oder innerhalb des Latentkältespeichers verläuft.
  12. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch,
    bevorzugt elektromotorische, Fördermittel (5), insbesondere eine Pumpe oder eine Förderzentrifuge, zum Fördern von Wasser von den Wasserversorgungsmitteln (2) in Richtung zu dem Latentkältespeicher.
  13. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass karbonisierte Flüssigkeit aus dem Karbonisierbehälter (6), bevorzugt ausschließlich, mittels CO2- Druck zu einem Auslauf, insbesondere durch ein manuell oder automatisiert betätigbares Auslassventil (8, 21), förderbar ist.
  14. Karbonisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Flavorisiereinrichtung umfassend eine, bevorzugt eine Einspritzpumpe umfassende, Einrichtung zum Einspritzen von Getränkesubstrat, insbesondere Konzentrat, in das Wasser und/oder Injektionseinrichtung zum Injizieren von Wasser in eine Getränkesubstrateinheit, insbesondere eine Getränkesubstratkapsel, zum Auslaugen von und/oder Auflösen von und/oder Mischen mit in der Getränkesubstrateinheit befindlichem Getränkesubstrat.
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