Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Lebensmitteln, ins¬ besondere von Getränken auf Wasserbasis, der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläu¬ terten Art.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 198 55 214 bekannt. In einem Ausführungs¬ beispiel der bekannten Vorrichtung ist ein Kältespeicher in Gestalt einer Eisbank vor¬ gesehen, die über ein Kühlmittel durch die kalte Seite einer Peltier-Plattenbaugruppe gekühlt wird. Das zu kühlende Getränk wird um oder durch die Eisbank geführt. Die thermische Leitfähigkeit des Eiswassers und somit die Wärmeübertragungseigen¬ schaft der Eisbank kann verbessert werden, indem ein guter Leiter, wie beispielsweise Kupferwolle oder Kupferstücke, in dessen Rauminhalt verteilt wird. Die Kühlung von Lebensmitteln bzw. Getränken durch Eis ist gängige Praxis, hat jedoch entscheidende Nachteile. Ein Hauptnachteil besteht in der geringen Wärmeleitfähigkeit von Eis, Die Zumischung von Kupfermaterial ist einerseits teuer und birgt andererseits die Gefahr, dass sich beispielsweise Kupferstücke schwerkraftbedingt und beim teilweisen Ab¬ schmelzen der Eisbank im unteren Bereich ansammeln und im oberen Bereich verar¬ men. Ein weiterer Nachteil von Eis, der jedoch bisher immer in Kauf genommen wurde, ist die ungünstige Phasenwechseltemperatur von Eis zu Wasser, wobei bisher immer die Gefahr bestand, und durch aufwendige Steuertechnik vermieden werden musste, dass auch Getränke auf Wasserbasis gefroren. Zwar wird in dieser Druckschrift auch die Verwendung eines elektischen Salzes oder eines Blocks aus Aluminium als Kältespeicher erwähnt, die spezielle Auswahl des eutektischen Salzes, insbesondere gemäß seiner Phasenwechseltemperatur fest-flüssig wird jedoch nicht beschrieben.

Für industrielle Anwendungen als Rohr- oder Plattenwärmetauscher ist aus der EP 914 399 B1 ein Verbundmaterial bekannt, bei dem gepresster expandierter Graphit mit einem Phasenwechselmaterial getränkt ist. Der Graphit wirkt als Wärmeleiter, der außerdem in der Lage ist, die unterschiedlichsten Phasenwechselmaterialien aufzu¬ nehmen. Als Phasenwechselmaterial kann Paraffin, wird jedoch bevorzugt ebenfalls Wasser/Eis eingesetzt.

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CONRRWiATION COPY

In industriellen und gewerblichen Anmeldungen wird im allgemeinen auf Kompressions¬ bzw. Absorptionskälteanlagen zurückgegriffen, deren relativ großen Abmessungen sowie hohen Herstellungskosten einer Nutzung im Haushaltsbereich jedoch ent¬ gegenstehen. Aus diesem Grund bieten sich für die Bereitstellung von gekühltem Trinkwasser im unteren Preissegment, insbesondere im Bereich der Haushaltsklein¬ geräte, Peltier-Elemente an, bei denen sich durch Anlegen eines elektrischen Feldes an zwei verschiedene elektrische Leiter die eine Seite erwärmt und die andere abkühlt.

Die periodische Bereitstellung von gekühltem Trinkwasser bei Anwendung im Haus¬ haltsbereich machen aufgrund der geringen thermischen Leistungen von Peltier- Elementen eine effektive Kältespeicherung, z.B. während Nachtphasen, zum ent¬ scheidenden Kriterium für die Kapazität einer Peltier-Durchlaufkühlung.

Die einfachste Form einer solchen Kühlung wird z.B. in DE 299 10 820 offenbart, in der ein geschlossenes Wasserreservoir mittels Peltier-Elementen auf die gewünschte Temperatur heruntergekühlt wird und nachfließendes Wasser einen entsprechenden Anteil des gekühlten Wassers ersetzt. Da für die Kältespeicherung in diesem Fall le¬ diglich die spezifische Wärmekapazität des Wassers im Reservoir zur Verfügung steht, sind bereits für geringe Kapazitäten große Volumina erforderlich.

US 5 544 489 offenbart diesbezüglich eine Kapazitätsverbesserung durch Ausnutzung der Schmelzenthalpie des zu kühlenden Wassers. Hierzu wird an der Kaltseite des Peltier-Elementes Eis innerhalb eines Wasserreservoirs erzeugt, wodurch die Ener¬ giedichte des Kältespeichers deutlich erhöht wird.

Beiden genannten Vorrichtungen steht jedoch die zu erwartende hohe Keimbelastung durch stehendes Wasser in einem Reservoir hinsichtlich einer trinkwasserrechtlichen Zulassung entgegen. Diesbezügliche Abhilfe schafft EP 0 777 090 mit dem wesentlichen Unterschied zu US 5 544 489, dass das zu kühlende Trinkwasser in einer Rohrwendel durch das eisgekühlte Reservoir geleitet und ein direkter Kontakt somit vermieden wird. Problematisch hinsichtlich der räumlichen Abmessungen einer solchen

Vorrichtung ist, dass der vom Eis ausgefüllte Raum nicht mehr für die Trinkwasser¬ wendel zur Verfügung steht.

Grundsätzliches Problem aller bekannten Durchlaufkühlungen auf Peltier-Basis ist der geringe Wirkungsgrad von Peltier-Elementen, welcher vorwiegend durch die Tempe¬ raturdifferenz zwischen kalter und warmer Seite bestimmt wird. Während die warme Seite durch Einsatz entsprechender Kühlkörper und Lüfter grundsätzlich unproblematisch und technisch gelöst ist, stellt die kalte Seite ein bisher ungelöstes Problem dar. Aufgrund der niedrigen spezifischen Wärmeleitfähigkeit des eingesetzten Kältespei¬ chermediums [Λw _asse r ca. 0,57 W/(mK), ΛEI _S ca. 2,2 W/(mK)] kommt es zu einer Erhöhung der Temperaturdifferenz und somit zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vorrichtung zum Kühlen von Lebensmitteln, insbesondere von Getränken auf Wasserbasis, bereitzustellen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Kühlkapazität aufweist.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erstmals eine Vorrichtung zum Kühlen von Lebensmitteln, insbesondere von Getränke auf Wasserbasis bereitgestellt, die eine hochwertige Lösung für Kleingeräte, insbesondere im Haushalt oder im Restaurant, darstellt. Mit dem erfindungsgemäß verwendeten Kältespeicher aus expandiertem Graphit und einem Phasenwechselmaterial, das seinen Fest-Flüssig- Phasenwechsel bei oder oberhalb von 273 K, d.h. der Gefriertemperatur von Wasser, bevorzugt wenige ° C (bis 10° C) oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser, durchläuft, wird ein sehr effektiver Kältespeicher bereitgestellt, der einerseits durch das Graphit eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und somit für eine relativ rasche, schockartige Kühlung sorgt, und der andererseits ein Phasenwechselmaterial enthält, das auch ohne komplizierte Steuerungstechnik nicht die Gefahr birgt, dass Getränke auf Wasserbasis gefrieren und einen Eisblock bilden. Darüber hinaus wird einerseits die für eine gute Leistungsfähigkeit erforderliche Größe des Kältespeichers herabgesetzt und andererseits der Platz und die Kosten für eine umfangreiche Steuerung eingespart.

Beide Maßnahmen führen zu einer optimalen Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die Erfordernisse bei der Kühlung von Lebensmitteln, insbesondere von Getränken auf Wasserbasis.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zum Abführen der vom Kältespeicher aufgenommenen Wärme ist bevorzugt ein Peltier- Element vorgesehen, das noch dazu den Vorteil hat, dass die durch die Leitung strömende Flüssigkeit zur Desinfektion durch Umpolung der Spannungsversorgung des Peltier-Elements erhitzbar ist. Peltier-Elemente sind sehr preiswert. Die vergleichsweise geringen thermischen Leistungen eines Peltier-Elements fallen durch das sehr effektive Speichermaterial mit expandiertem Graphit weniger ins Gewicht, insbesondere dann, wenn die Möglichkeit besteht, den Kältespeicher in Ruhezeiten der Vorrichtung, beispielsweise in der Nacht, "aufladen" zu können.

Statt eines Peltier-Elements kann jedoch auch die übliche Kühlschranktechnik, bei¬ spielsweise die Absorber- oder Kompressortechnik zum "Aufladen" des Kältespeichers eingesetzt werden. So ist es beispielsweise denkbar, den Kältespeicher in einen herkömmlichen Kühlschrank zu integrieren und dort entweder zur Aufrüstung des Kühlschranks für eine wirksame und effektive Schockkühlung, beispielsweise im Bereich des Gefrierfachs einzusetzen, oder dazu zu verwenden, im Zuge einer schockartigen Durchlaufkühlung Getränk, beispielsweise Wasser aus einer zentralen Wasser- Versorgung, im oder am Kühlschrank zu zapfen.

Grundsätzlich lässt sich die Erfindung jedoch auch immer dann vorteilhaft einsetzen, wenn mit geringen räumlichen Abmessungen kostengünstig eine hohe Kühlkapazität bei periodischer Belastung bzw. schwankendem Kühlleistungsbedarf bereitgestellt werden soll.

Damit das gesamte Behältnis für die trinkwasserführende Rohrgeometrie zur Verfügung steht, wird in der Erfindung ein Material als Kältespeichermedium eingesetzt, das am oder wenige ° C über dem Gefrierpunkt von Wasser einen Phasenwechsel durchläuft, wofür sich grundsätzlich Salzhydrate, eutektische Mischungen sowie Paraffine eignen.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Peltier-Elementes wird das Kältespeichermedium mit expandiertem Graphit versetzt, wodurch die Wärmeleitfähigkeit bis zu einem Faktor von 150 erhöht werden kann.

Die Erfindung ist weiterhin für die Ausbildung eines Kühlbehälters geeignet, wobei der Kältespeicher in einer isolierten Wandung des Kühlbehälters oder in den Innenraum integrierbar ist, wobei der Innenraum durch den Kältespeicher auch vollständig ausgefüllt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so bei¬ spielsweise preisgünstig erhältliche, handelsübliche Kühlschränke umgerüstet werden.

Die Erfindung kann beispielsweise auch als Schockkühleinrichtung zum Ausgeben von Trinkwasser in einem Kühlbehältnis einsetzbar sein. Die Erfindung eignet sich auch besonders für Zapfeinrichtungen, wobei im Innenraum eines Gehäuses eine Getränkequelle, beispielsweise ein Bierfass, aufgenommen werden kann und der Kältespeicher sowohl im Innenraum als auch an der Zapfleitung wirksam ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 die Draufsicht auf Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 die Darstellung des Schnitts A-A aus Fig. 3 für eine erste Anordnung der

Leitung,

Fig. 5 die Schnittdarstellung A-A aus Fig. 3 für eine zweite Anordnung der Lei¬ tung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter

Verwendung einer Kühlschranktechnik,

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen von Lebensmitteln mit einem zylindrischen Behältnis 1 , das eine eingebrachte Leitung in Form einer Rohr¬ wendel 8 aufweist, die durch eine zu kühlende Flüssigkeit auf Wasserbasis von einem Eintritt 5 zu einem Austritt 4 durchlaufen wird. Die zu kühlende Flüssigkeit kann ent¬ weder das zu kühlende Getränk, bevorzugt Wasser mit oder ohne Gasbeimischung (Kohlendioxyd und/oder Sauerstoff) sein, das aus einer Wasserquelle, bevorzugt die zentrale, örtliche Wasserversorgung stammt. Die Flüssigkeit kann jedoch auch ein Kühlmittel sein, das jedoch bevorzugt ebenfalls Wasser ist und aus der zentralen Wasserversorgung stammt, jedoch zum Kühlen von Lebensmitteln oder Getränken an anderer Stelle dient.

Das Behältnis 1 wird von einem Kältespeicher 6 ausgefüllt, der ein Verbundmaterial aus expandiertem Graphit sowie einem Material enthält, das einen Phasenwechsel bei oder oberhalb von 273 K durchläuft, wobei der Phasenwechsel bevorzugt wenige ^° C (bis zu 10° C, bevorzugt 3° bis 5 C) oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt.

Als Phasenwechselmaterial eignen sich bevorzugt für ihre Phasenwechseleigenschaf-ten bekannte Salze sowie Paraffine. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Graphit als schüttfähiges Granulat vor und ist mit dem Phasenwechselmaterial getränkt. Dem Kältespeicher 6 wird durch eine geeignete Einrichtung die aus der Flüssigkeit in der Rohrwendel 8 aufgenommene Wärme wieder entzogen. Die Einrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Peltier-Element 2, das mit seiner kalten Seite in intimen Kontakt mit dem Kältespeicher 6 steht. Die heiße Seite des Peltier-Elements 2 ist mit einer Vorrichtung 3 zum Abtransport der Warme versehen. Die Vorrichtung 3 kann jede geeignete Vorrichtung sein, und ist insbesondere ein Gebläse, wie es üblicherweise bei Peltier-Elementen eingesetzt wird. Darüber hinaus können Vorkehrungen getroffen werden, das Peltier-Element 2 umzupolen, so dass gegebenenfalls die durch die Leitung 8 strömende Flüssigkeit zur Desinfektion erhitzt werden kann.

Zur Verbesserung der Wärmeleitung besteht diejenige Stelle des Behältnisses 1 , an der das Peltier-Element 2 angebracht ist, aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff.

Schließlich können mehrere Peltier-Elemente vorgesehen sein.

In den Fig. 3 bis 5 sind weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung zum Kühlen von Lebensmitteln gezeigt, die sich nur durch die nachfolgend be¬ schriebenen Einzelheiten vom Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 unter¬ scheiden. Auch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 enthält ein Behältnis 1 , das in diesem Ausführungsbeispiel jedoch rechteckig ist, jedoch ebenso zylindrisch sein kann, wie im ersten Ausführungsbeispiel. Im Behältnis 1 ist ein Kältespeicher 6 untergebracht, der diesmal aus plattenförmigem, expandiertem Graphit besteht, der mit dem gleichen Phasenwechselmaterial getränkt wurde, das bereits anhand Fig. 1 beschrieben wurde. Der Kältespeicher zeigt einen Schichtaufbau, wobei sich Platten des Graphitmaterials mit einer schichtartigen Anordnung 7 geeignet geformter und gelegter Leitungen abwechseln, die jedoch wiederum mit dem Wasseraustritt 4 und dem Wassereintritt 5 aus dem Behälter 1 ragen. Die schichtartige Anordnung 7 kann beispielsweise eine mäanderförmige Leitungsgeometrie 9 der Fig. 4 bzw. eine spiralförmige Leitungsgeo¬ metrie 10 der Fig. 5 enthalten. Jede Leitungslage 7 steht mit Zu- und Ablauf in nicht gezeichneter Weise mit den benachbarten Leitungslagen in Verbindung, wobei die erste und die letzte Leitungslage mit dem Wasseraustritt 4 bzw. dem Wassereintritt 5 verbunden sind.

Die Leitungslagen können entweder als Rohre gelegt werden oder in Form von profi¬ lierten Platten ausgebildet sein, wobei bevorzugt zwei Platten spiegelbildlich mit ent¬ sprechenden Einprägungen in der Größe des halben Querschnitts der Leitung versehen werden, und die Platten anschließend aufeinander gelegt und aneinander befestigt werden, so dass sich die Einprägungen zu durchgehenden und umfangsseitig ge¬ schlossenen Kanälen ergänzen. Sowohl die Rohre als auch die Profilplatten bestehen aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Metall. Die Leitungen 8, 9 oder 10 haben bevorzugt einen Durchmesser zwischen 3 und 11 mm, insbesondere 4 - 1 0 mm, da sich bei diesem Durchmesser in Verbindung mit einem Wasserdruck, wie er im

Durchschnitt von einem Wasserleitungsnetz geliefert wird (1 ,5 - 4,5 bar), der gege¬ benenfalls durch eine Pumpe oder einen Druckminderer auf einen konstanten, nur unwesentlich schwankenden Druck (± 0,5 bar) eingestellt werden kann, eine starke, einer Verkeimung entgegenwirkende Strömung ausbildet.

Die schichtartige Anordnung gemäß den Fig. 3 bis 5 wird bevorzugt durch Verpressen der Leitungsschichten mit den Graphitplatten hergestellt, was zu einem besonders innigen, wärmeübertragenden Kontakt zwischen den Schichten führt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Einrichtung zum "Aufladen" des Käl¬ tespeichers 6 bevorzugt das bereits beschriebene Peltier-Element 2, wobei das Pel-tier- Element 2 so angeordnet ist, dass die Flächenormale der Graphitplatten parallel zur Fläche des Peltier-Elements 2 ausgerichtet ist.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 5 sind bevorzugt in Form einer Kältebat¬ terie, d.h. einer handhabbaren Einheit ausgebildet. In dieser Form kann die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung überall dort, gegebenenfalls auch nachträglich, eingebaut werden, wo sie erforderlich ist. Notwendig ist lediglich, dass Vorkehrungen getroffen werden, um den Wasserein- und -austritt 4, 5 an eine Wasserquelle, beispielsweise die örtliche Trinkwasserversorgung, anzuschließen. Gegebenenfalls ist es jedoch auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung als Kältebatterie ohne das Peltier-Eiement auszubilden und eine andere Technik zum "Aufladen" des Kältespeichers zu verwenden.

Dies kann beispielsweise das Kühlaggregat eines herkömmlichen Kühlschranks, bei¬ spielsweise eines Absorber- oder eines Kompressorkühlschranks sein. Dieser Fall ist in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 zeigt einen herkömmlichen Kühlschrank 11 , der mit seinem eigenen Kühlaggregat 12 versehen ist. In den Kühlschrank 11 ist ein erfindungsge¬ mäßer Kältespeicher 6 integriert, der als Kältebatterie ausgebildet ist. Der Kältespeicher 6 kann, wie Fig. 6 zeigt, irgendwo im Innenraum 13 des Kühlschranks 11, ggfs. auch nachträglich, untergebracht werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist er im hinteren, einer Tür 14 gegenüberliegenden Bereich untergebracht. Der Kältespeicher 6 kann jedoch auch irgendwo in eine Wand 15 (einschl. Boden und obere Abdeckung oder Tür 14) bzw. in einen Zwischenboden oderdgl. untergebracht werden.

Der Kältespeicher 6 ist mit der Leitung 8 versehen, durch die eine Flüssigkeit auf Wasserbasis geführt wird. Der Wassereintritt 5 ist an ein Trinkwassernetz angeschlossen, was bevorzugt lösbar über ein Ventil 5a, z.B. einen herkömmlichen Wasserhahn, erfolgt. Der Wasseraustritt 4 kann zu einer nicht gezeichneten Zapfstelle geführt werden.

Die Funktion des Peltier-Elements erfüllt hier jedoch das Kühlaggregat 12 des Kühl¬ schranks 11. Der Kältespeicher 6 kann, wie gezeigt, nur in einem Teil des Innenraums 13 vorgesehen sein, kann jedoch auch den gesamten Innenraum 13 ausfüllen. Letztere Version führt zu einer besonders kostengünstig herstellbaren Vorrichtung zum Kühlen von Getränken, wobei die Leitung durch den gesamten, mit Kältespeicher 6 ausgefüllten Innenraum geführt wird.