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DE20306320U1 - Behälter zur Einhaltung eines definierten Temperaturbereichs - Google Patents

Behälter zur Einhaltung eines definierten Temperaturbereichs

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DE20306320U1
DE20306320U1 DE20306320U DE20306320U DE20306320U1 DE 20306320 U1 DE20306320 U1 DE 20306320U1 DE 20306320 U DE20306320 U DE 20306320U DE 20306320 U DE20306320 U DE 20306320U DE 20306320 U1 DE20306320 U1 DE 20306320U1
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Description

Behälter zur Einhaltung eines definierten Temperaturbereichs
Die Erfindung betrifft ein Behältnis zum raschen Abkühlen der heiß eingefüllten Getränke (wie z.B. Tee, Milch etc.) auf eine optimale Trinktemperatur von vorzugsweise 55-37°C und zur gleichzeitigen Einhaltung dieser erwähnten optimalen Trinktemperatur über eine relativ lange Zeitspanne mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Thermosflaschen, -kannen etc. bekannt, die Temperatur der heiß eingefüllten Getränke über eine relativ lange Zeitspanne heiß, warm oder kalt halten (Dewar-Gefäß).
Derartige Behältnisse weisen meistens eine Doppelwandung auf, wobei der zwischen den beiden Wänden entstandene Raum während des Herstellungsprozesses evakuiert wurde. Die Wände eines solchen Behältnisses können dabei auf der Außen- oder Innenseite, zur Senkung der unerwünschten Wärmestrahlungsverluste, zusätzlich verspiegelt werden.
Nachteilig bei der Verwendung der oben erwähnten Thermosflaschen ist, dass nach dem Einfüllen eines heiß zubereiteten Getränkes, dieses zwar sehr lange heiß bleibt, vor dem Trinken jedoch das Getränk meistens in einem anderen Gefäß zunächst auf eine optimale Trinktemperatur abgekühlt werden muss. Ein direktes Trinken aus derartigen Thermosflaschen, insbesondere relativ kurze Zeit nach dem Einfüllen eines heißen Getränkes, ist wegen der zu hohen Temperatur des Getränkes überhaupt nicht möglich.
Ein direktes Trinken aus der Flasche, und zwar in einer relativ kurzen Zeit nach dem Einfüllen des heißen Getränkes (z.B. Tee, Milch), ist jedoch oft wünschenswert, insbesondere bei Trinkflaschen für Babys und Kleinkinder. Dabei sollte auch hier die optimale Trinktemperatur des Getränkes von etwa 37 0C über eine relativ lange Zeitspanne erhalten bleiben können, um dem Baby bzw. dem Kind ein späteres Nachtrinken des gleichen Getränkes bei der besagten Optimaltemperatur zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Behältnis für Getränke aller Art zu schaffen, das eine relativ schnelle Abkühlung des heiß eingefüllten Getränkes auf eine optimale Trinktemperatur (vorzugsweise 55-37°C) gewährleistet und gleichzeitig diese optimale Trinktemperatur über eine relativ lange Zeitspanne zu erhalten vermag.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem erfindungsgemäßen Behältnis mit den Merkmalen des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind darüber hinaus in den Unteransprüchen dargestellt.
Das erfindungsgemäße Behältnis ist mit einer sogenannten PCM-Einheit (Phase-Change-Material Einheit) ausgestattet. Diese PCM-Einheit enthält eine - bei einer genau definierten Temperatur ihren Aggregatzustand von fest nach flüssig ändernde - PCM-Substanz. Die „Schmelztemperatur" der besagten PCM-Substanz ist so gewählt, dass sie der gewünschten „optimalen Trinktemperatur" des Getränkes (z.B. 37 "C) entspricht. Derartige PCM -Substanzen sollten neben ihrer gesundheitlichen Unbedenklichkeit eine hohe Schmelzenthalpie, eine hohe spezifische Masse aufweisen. Darüber hinaus sollten diese Substanzen über eine sehr gute Zyklusstabilität verfügen, d.h. sie sollten beliebig oft ihren Aggregatzustand ändern können, ohne dass sich ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften oder deren Homogenität nennenswert verändern, wobei gleichzeitig die Bildung von sogenannten „unterkühlten Schmelzen" verhindert werden sollte. Die besagte PCM-Einheit sollte so beschaffen sein, dass sich zwischen ihr und der eingefüllten Flüssigkeit (dem Getränk) eine möglichst große Kontaktoberfläche ergibt, um einen raschen Wärmeaustausch zu ermöglichen.
Als erfindungsgemäße PCM-Substanzen kommen insbesondere langkettige Kohlenwasserstoffe („Paraffine") sowie Salzhydrate in Frage, wobei auch andere Substanzen mit den oben näher beschriebenen Eigenschaften entsprechend eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäß verwendeten PCM-Substanzen können sowohl frei (kapillar ungebunden), mikroverkapselt als auch kapillar gebunden - zum Beispiel in einem saugfähigen Material wie Filz, Vlies, Schwamm, Pulver, Sinterkörper und ähnlichem - vorliegen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen (Fig.1 bis Fig.7), die jedoch lediglich einige bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.
Nach dem Einfüllen einer sehr heißen Flüssigkeit (z.B. kochender Tee) 6 in das Innengefäß 2 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen und in Fig.1 dargestellten Behältnisses schmilzt die bei Raumtemperatur im festen Aggregatzustand vorhandene PCM -Substanz 5 im Inneren der um das Innen-
&phgr;·&phgr; &phgr;&phgr;&phgr; &phgr;&phgr;·&phgr;·1 &phgr;&phgr;&phgr;· &phgr;&phgr;&phgr;
··· Φ ······· &phgr;&KHgr;&phgr;&phgr;« &phgr;&phgr; &phgr;&phgr; &phgr;
gefäß 2 angeordneten PCM-Einheit 3. Dabei wird der eingefüllten heißen Flüssigkeit (dem Getränk, z.B. Tee) 6 die überschüssige Wärmeenergie entzogen. Die Temperatur der eingefüllten Flüssigkeit 6 fällt dabei rasch bis auf die Schmelztemperatur der PCM-Substanz 5 ab (z.B. bis auf 37°C). Nach und nach schmilzt fast die gesamte in der PCM-Einheit 3 eingeschlossene PCM-Substanz 5 auf. Dabei bleibt die Temperatur der PCM-Substanz 5 weitgehend konstant (z.B. 37°C).
Durch Wärmeverluste wird dem in Fig. 1 dargestellten Behältnis jedoch wieder allmählich Energie entzogen. Statt kontinuierlich abzukühlen, wie das bei der konventionellen Thermosflasche der Fall ist, wird die in der PCM-Substanz 5 gespeicherte Energie durch den Erstarrungsvorgang wieder freigesetzt. Dabei bleibt die Temperatur des Füllgutes 6 im Innengefäß 2 des erfindungsgemäßen Behältnisses so lange erhalten, bis die letzten Reste der flüssigen Phase der PCM-Substanz 5 wieder vollständig erstarrt sind. Erst danach beginnt eine langsame Abkühlung der PCM-Substanz 5 bis auf Raumtemperatur. Die Vakuum-Isolationskammer 4 verzögert den Abkühlungsprozess zusätzlich.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Behältnisses wird die in Fig. 2 dargestellte Temperatur des eingefüllten Getränkes (z.B. Tee) nach dem raschen Abkühlen, von der Einfüll-Temperatur T1 während der ersten Abkühlzeit ti, auf eine optimale Trink-Temperatur T2 (von z.B. 37°C) gebracht. Danach wird die gewünschte Trink-Temperatur T2 (z.B. 37°C) über eine lange Zeitspanne t 2 konstant gehalten. Anschließend erfolgt - während der zweiten Abkühlzeit t 3 - eine langsame Abkühlung bis auf Raumtemperatur T3. Die gesamte Abkühlzeit t1-t3 kann durch geeignete Isolierung, z.B. durch eine zusätzliche Vakuum-Isolationskammer (4, Fig.1, Fig. 3, Fig.7) bzw. durch ein zusätzliches Isolationsbehältnis (4.1 und 4.2, Fig. 6) entsprechend verlängert werden. Durch Schütteln des erfindungsgemäßen Behältnisses kann eine möglichst homogene Temperaturverteilung innerhalb des Füllgutes erreicht werden. Darüber hinaus kann durch entsprechende konstruktive Maßnahmen eine durch Wärmeströmung verursachte, ungünstige Temperaturverteilung positiv beeinflusst werden.
Zur Veranschaulichung der positiven Auswirkung des erfindungsgemäßen Behältnisses auf die Temperatur des zu temperierenden Füllgutes (z.B. Tee), wurde in Fig. 2, neben der Abkühlkurve eines erfindungsgemäßen Behältnisses, zusätzlich die Abkühlkurve einer aus dem Stand der Technik bekannten, konventionellen Thermoskanne dargestellt (Strich-Punkt-Kurve).
Falls die verwendete PCM-Substanz, vor dem Einfüllen der heißen Flüssigkeit (z.B. Tee) in das erfindungsgemäße Behältnis, bereits aufgeschmolzen wurde (z.B. durch das Einfüllen von kochendem Wasser) und dementsprechend bereits im flüssigen Aggregatzustand vorliegt, könnte die Warmhaltezeit einer handelsüblichen Thermoskanne annähernd verdoppelt werden.
Das in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Behältnis zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lösung. Hier wird die mit einer PCM-Substanz gefüllte PCM-Einheit 3 mit Hilfe eines Zentrier- und Fixierzapfens 7 direkt in dem zu temperierenden Füllgut (z.B. Tee) 6 angeordnet, wobei die PCM-Einheit 3 eine möglichst große Kontakt-Oberfläche zu dem Füllgut 6 aufweist, um einen raschen Wärmeaustausch zu gewährleisten. Die Isolationskammer 4 verzögert zusätzlich das Abkühlen des eingefüllten Getränkes 6 auf Raumtemperatur während der zweiten Abkühlzeit (t3, Fig. 2).
Fig. 4 zeigt die Schnittfläche A-A des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Behältnisses. Eine perspektivische Darstellung der zugehörigen, mit einer PCM-Substanz gefüllten PCM-Einheit 3, ist zusätzlich in Fig. 5 gezeigt. Die besagte PCM-Einheit 3 könnte mit dem Zentrier- und Fixierzapfen 7 dauerhaft oder trennbar verbunden sein. Eine trennbare Anordnung der PCM-Einheit 3 würde ggf. die Reinigung des erfindungsgemäßen Behältnisses entsprechend erleichtern.
Alternativ sind weitere Ausführungen denkbar. Die in Fig. 3 - Fig. 5 dargestellte PCM-Einheit 3 könnte auch als eine, um den Zentrier- und Fixierzapfen 7 spiralförmig angeordnete, dünnwandige mit der PCM-Substanz gefüllte, Rohr-Einheit ausgebildet sein. Dadurch wird eine möglichst große Kontakt-Oberfläche zu dem Füllgut 6 erzeugt (zeichnerisch nicht dargestellt).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behältnisses ist in Fig. 6 dargestellt. Das erfindungsgemäße Behältnis steckt hier in einem zusätzlichen Isolationsbehältnis (z.B. aus Styropor) 4.1 und 4.2, wobei die hier dargestellte PCM-Einheit 3, die mit einer PCM-Substanz 5 gefüllt ist, keine zusätzliche Isolationskammer aufweist.
Fig.7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Hier wird gezielt eine mit dem Füllgut 6 (zu temperierende Flüssigkeit, z.B. Tee) gefüllte konventionelle Babyflasche als herausnehmbares Innengefäß 2 des erfindungsgemäßen Behältnisses eingesetzt. Dadurch können auch bei den bereits im Haushalt vorhandenen bzw. auf dem Markt befindlichen, handelsüblichen Trinkflaschen die Vorzüge dieser Erfindung im vollen Umfang ausgenutzt werden. Die mit einer PCM-Substanz 5 gefüllte PCM-Einheit 3 weist hier eine Isolationskammer 4 (z.B. Vakuum) auf. Eine zusätzliche, abnehmbare Isola-
tionsabdeckung 4.1 (z.B. aus Styropor) wird nach dem Einführen des Innengefäßes 2 (z.B. eine handelsübliche Babyflasche) mit dem zu temperierenden Füllgut 6 (z.B. Tee) auf die PCM-Einheit 3 aufgesetzt.
Um den Temperierungszustand des eingefüllten Füllgutes (z.B. Tee) zusätzlich zu kontrollieren, könnte die vorgeschlagene PCM-Einheit - nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung transparent ausgebildet sein (z.B. aus transparentem Kunststoff). Dadurch wird die Änderung des Aggregatzustandes der PCM-Substanz sichtbar. Eine ergänzende Kontrolle der Temperatur z.B. durch Farbumschlag bzw. durch Einsatz von Thermometern (z.B. Klebestreifenthermometer) ist ebenfalls möglich. Darüber hinaus können transparente Bereiche bzw. entsprechend gestaltete Sichtfenster in dem erfindungsgemäßen Behältnis vorgesehen sein, um die Restmenge des eingefüllten Füllgutes (z.B. Tee, Milch) entsprechend kontrollieren zu können.
Der Temperaturbereich der erfindungsgemäßen Behältnisse sollte nicht nur auf die oben erwähnten Werte von 55- 37°C beschränkt werden. Vielmehr durch die gezielte Wahl einer entsprechenden PCM-Substanz und gegebenenfalls durch deren zusätzliches Vorkühlen bzw. Vorwärmen können auch andere gewünschte Temperaturen bzw. Temperaturbereiche für das zu temperierende Füllgut eingestellt werden. Beispielsweise um eine konstante Getränketemperatur bei 14°C (für Wein o.a.) so schnell wie möglich zu erreichen und diese dann über längere Zeitspanne zu erhalten.
Auch wenn in den zugehörigen Zeichnungen sowie bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung meistens Babyflaschen gezeigt bzw. erwähnt wurden, sollte sich die vorliegende Erfindung auf diese nicht ausschließlich beschränken. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behältnisses als Tasse, Wärm- oder Kühlflasche, Kühl- oder Warmhaltetasche etc. ist ebenfalls ohne Einschränkungen möglich.
Bezugszeichenliste:
1 Verschluß
2 Innengefäß
3 PCM-Einheit
4 Isolationskammer (z.B. Vakuum)
4.1 Abdeckung des Isolationsbehältnisses
4.2 Grundteil des Isolationsbehältnisses
5 PCM-Substanz
6 Füllgut (zu temperierende Flüssigkeit z.B. Tee)
7 Zentrier- und Fixierzapfen

Claims (18)

1. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur bzw. eines Temperaturbereichs des eingefüllten Füllguts, wobei das eingefüllte Füllgut diese vordefinierte Temperatur bzw. diesen Temperaturbereich bereits nach einer kurzen Zeit nach dem Einfüllen in das Behältnis erreicht und über eine lange Zeit beibehält und wobei bestimmte Substanzen bzw. Substanzgemische, die ihren Aggregatzustand bei der gleichen vordefinierten Temperatur bzw. bei dem gleichen vordefinierten Temperaturbereich ändern können, das schnelle Erreichen und lange Beibehalten dieser vordefinierten Temperatur bzw. dieses vordefinierten Temperaturbereichs bewirken.
2. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Füllgut und der den Aggregatszustand ändernden Substanz bzw. dem Substanzgemisch eine möglichst große Kontaktfläche besteht.
3. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Aggregatszustand ändernde Substanz bzw. das Substanzgemisch innerhalb einer in sich geschlossenen PCM-Einheit (3) enthalten ist.
4. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der PCM-Einheit (3) mit einer zusätzlichen Isolationskammer (4) versehen ist.
5. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis durch ein separates Isolationsbehältnis (4.1, 4.2) zusätzlich vor Wärmeaufnahme bzw. -abgabe an die Umgebung geschützt wird.
6. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der im Inneren der PCM-Einheit (3) enthaltenen Substanz bzw. bei dem Substanzgemisch um eine organische und/oder eine anorganische Verbindung mit einer definierten Aggregatszustandsänderungs-Temperatur bzw. mit einem definierten Aggregatszustandsänderungs-Temperaturbereich handelt.
7. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der im Inneren der PCM-Einheit (3) enthaltenen Substanz bzw. bei dem Substanzgemisch um Kohlenwasserstoffe und/oder deren Derivate handelt.
8. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der PCM-Einheit (3) enthaltene Substanz ein Paraffin ist.
9. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Inneren der PCM-Einheit (3) enthaltene Substanz ein Salzhydrat und/oder ein mit Additiven versetztes Salzhydrat oder Salzhydratgemisch ist.
10. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Inneren der PCM-Einheit (3) enthaltenen Substanzen oder Substanzgemische frei, mikroverkapselt und/oder kapillar gebunden vorliegen.
11. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Füllguts mittels eines integrierten Thermometers angezeigt wird.
12. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Füllguts mittels Farbumschlag zusätzlich oder ausschließlich angezeigt wird.
13. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine PCM-Einheit (3) unlösbar mit dem Innengefäß (2) verbunden ist.
14. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PCM-Einheit (3) derart mit dem Innengefäß (2) verbunden ist, dass das Innengefäß (2) aus der PCM-Einheit (3) leicht entnehmbar ist.
15. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PCM-Einheit (3) im Innenraum des Innengefäßes (2) lösbar oder unlösbar angeordnet ist.
16. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengefäß (2) und die PCM-Einheit (3) aus transparenten Werkstoffen bestehen.
17. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sichtfenster integriert ist.
18. Behältnis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur des eingefüllten Füllguts nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Temperatur bzw. der vordefinierte Temperaturbereich vorzugsweise zwischen 55°C und 37°C liegt.
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