-
Die
Erfindung betrifft eine Getränkeabgabeeinrichtung für
ein Getränk mit einem Wärmetauscher, der mit einem
Wärmeträger, insbesondere Wasser, in Wirkverbindung
steht, und eine Steuereinheit aufweist.
-
Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer Getränkeabgabeeinrichtung
für ein Getränk mit einem Wärmetauscher,
der mit einem Wärmeträger, insbesondere Wasser,
in Wirkverbindung steht, und eine Steuereinheit aufweist.
-
Aus
JP 2002203275 A ist
eine Methode zur Steuerung von Getränkeabgabeeinrichtungen
bekannt. Die Getränkeabgabeeinrichtung weist eine Kühlschlange,
eine Umwälzeinrichtung und einen Kühlwassertank
auf. Ein Sensor misst die Eisdicke einer Eisschicht, die die Wärme
des Getränks aufnimmt. In Abhängigkeit von der
Eisdicke wird die Kühlleistung der Getränkeabgabeeinrichtung
hoch oder runter gefahren. Zusätzlich ist vorgesehen, dass die
Kühlleistung in Abhängigkeit von der bisherigen Getränkeabgabe
eingestellt wird, da davon ausgegangen wird, dass die bisherige
Getränkeabgabe der der nahen Zukunft in etwa gleicht.
-
Die
Kühlleistung in Abhängigkeit von der Eisdicke
einzustellen hat gegenüber einer Vorrichtung, die ständig
die gleiche Kühlleistung liefert, den folgenden Vorteil.
Man verringert auf diese Weise das Problem, dass das Getränk
die Abgabeeinrichtung zu warm oder zu heiß verlässt.
Außerdem verhindert man, dass der Kühlwassertank
vollständig vereist, was zu einer Beschädigung
des Tanks führen könnte. Vor allem spart man auch
Energie ein.
-
Allerdings
ist es mit einer derartigen Vorrichtung schwierig, die Kühlleistung
der Abgabeeinrichtung optimal an die tatsächliche Abgabe
anzupassen. Eis schmilzt bzw. kristallisiert relativ langsam, weswegen
für ein schnelles Tauen oder Gefrieren hohe Leistungen
erforderlich sind. Dies führt aber dazu, dass immer eine
etwas größere Eisschicht als eigentlich erforderlich
angelegt werden muss, um auch bei einem plötzlichen Anstieg
der Getränkeabgabe noch ausreichend kühlen zu
können. Um dieses Problem zu lösen, ist deswegen
in
JP 2002203275
A vorgesehen, die Kühlleistung auch in Abhängigkeit
von der bisherigen Abgabe einzustellen. Dies funktioniert jedoch
nur solange, soweit die aktuelle Getränkeabgabe nicht zu
stark von der bisherigen Getränkeabgabe abweicht. Aufgrund
der nicht optimal an die Abgabe angepassten Kühlleistung
muss man aber einen zu hohen Energieverbrauch in Kauf nehmen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Getränkeabgabeeinrichtung
den Energieverbrauch zu senken.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer Getränkeabgabeeinrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuereinheit in
Abhängigkeit von einem Getränkedurchfluss und
einer Ist-Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmeträgers
zumindest ein Aggregat ansteuert und die Soll-Wärmeaufnahmefähigkeit
regelt.
-
Der
Getränkedurchfluss ist ein idealer Indikator für
die Getränkeabgabe, da er diese direkt und sofort misst.
In der Praxis wird der Fachmann jedoch vor allem am Verbrauch der
Getränkeabgabeeinrichtung interessiert sein. Der Verbrauch
stellt den über einen bestimmten Zeitraum akkumulierten
Durchfluss dar. Beispielsweise kann der Verbrauch die Anzahl der
gezapften Gläser pro Stunde sein. Die Steuereinheit kann
unter Berücksichtigung des Getränkedurchflusses
und der Wärmeaufnahmefähigkeit das Aggregat ansteuern.
Durch eine Regelung der Wärmeaufnahmefähigkeit
des Wärmeträgers erzielt man folgenden Effekt:
das Wärme-/Kältereservoir, das dem Wärmeträger
zum Wärmetausch zur Verfügung steht, ändert
sich. Man kann als Wärmeträger beispielsweise
Wasser verwenden. Die Wärmeaufnahmefähigkeit von
Wasser ändert sich schon dadurch, dass man durch Kühlung
einen Teil des Wassers zu Eis werden lässt. Der Eisanteil
des Wassers wirkt in der Getränkeabgabeeinrichtung wie
ein Kälte-/Wärmereservoir: kühlt man
das Getränk durch Wärmetausch mit dem teils gefrorenen
Wasser, so wird ein Teil des Eises schmelzen. Bei einem hohen Durchfluss/Verbrauch
benötigt man also viel vorrätiges Eis, bei einem
niedrigen dagegen wenig. Durch das ständige Messen der
Ist-Wärmeaufnahmefähigkeit, also beispielsweise
durch das Messen der Eisdicke, und das Regeln einer Soll-Wärmeaufnahmefähigkeit, also
beispielsweise durch das Anpassen der Eisdicke, verfügt
man über ein ausreichendes Kälte-/Wärmereservoir
und kann gleichzeitig den Energieverbrauch minimieren.
-
Zur
Ansteuerung eines Aggregats ist insbesondere die Regelung der Leistung
und der Laufzeit zu zählen.
-
Vorzugsweise
ist mindestens ein Aggregat als Anzeige, insbesondere als Lampe,
ausgebildet. In Abhängigkeit vom Getränkedurchfluss
und/oder der Wärmeaufnahmefähigkeit kann eine
Anzeige beispielsweise einem Bediener den aktuellen Status der Getränkeabgabe
anzeigen. Als Anzeige kann sowohl eine elektrische Leuchtanzeige
oder eine Lampe benutzt werden. Diese Anzeige kann beispielsweise auch
kontinuierlich an- und abgeschaltet werden, d. h. gedimmt werden.
Als weitere Aggregate, die von der Steuereinheit geregelt werden,
sind alle Bauteile der Getränkeabgabeeinrichtung denkbar,
insbesondere auch ein Kompressor. Es sind aber auch externe Aggregate
denkbar.
-
Vorzugsweise
ist mindestens ein Aggregat als Umwälzeinrichtung ausgebildet.
Die Umwälzeinrichtung, die innerhalb des Behälters
der Getränkeabgabeeinrichtung angeordnet ist, dient zum
Umwälzen des Wärmeträgers und sorgt so
für eine gleichmäßige Temperaturverteilung
innerhalb der Getränkeabgabeeinrichtung. Dabei kann die Umwälzeinrichtung
auch dazu dienen, die Wärmemenge, die dem Getränk
entzogen wird, zu steuern und so die Ausgabetemperatur des Getränks
zu beeinflussen. Bei angehaltener Umwälzeinrichtung wird
sich ein Temperaturgefälle zwischen dem Wärmetauscher und
beispielsweise einer Wand des Behälters einstellen, das
höher ist, als wenn die Umwälzeinrichtung betätigt
wird. Dadurch wird auch die Wärmeabgabe des Getränks
innerhalb des Wärmetauschers beeinflusst.
-
Vorzugsweise
steht ein weiterer Wärmetauscher mit dem Wärmeträger
in Wirkverbindung. Mit Hilfe des weiteren Wärmetauschers
kann der Wärmeträger selbst abgekühlt
werden. Dabei können Zu- und Ableitungen vorgesehen sein,
die die Wärme des Wärmeträgers abtransportieren.
-
Vorzugsweise
ist ein Festkörperanteil des Wärmeträgers,
insbesondere Eis, an einem weiteren Wärmetauscher angeordnet.
Wenn der weitere Wärmetauscher die Wärme des Wärmeträgers
abtransportiert, dann bildet sich ein Festkörperanteil
zunächst auf einer Oberfläche des Wärmeträgers.
Im Falle von Wasser wird sich also eine Eisschicht auf der Oberfläche
des Wärmetauschers ausbilden. Diese Eisschicht stellt ein
Kältereservoir dar, da man beispielsweise zur Umwandlung
von 0° kaltem Eis in 0° kaltes Wasser 333 kJ/kg
benötigt. Durch die Ausbildung der Eisschicht ist also
die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wassers erhöht.
-
Vorzugsweise
misst ein Wärmeaufnahmefähigkeitssensor eine Dicke
eines Festkörperanteils des Wärmeträgers,
insbesondere eine Eisdicke. Die Wärmeaufnahmefähigkeit
von Wasser kann beispielsweise dadurch gemessen werden, dass der
Eisanteil und der Wasseranteil und deren jeweilige Temperatur gemessen
werden.
-
Vorzugsweise
ist ein Wärmeaufnahmefähigkeitssensor als zumindest
ein Ultraschallsensor, oder als zumindest ein Leitfähigkeitssensor,
oder als zumindest ein Drucksensor, oder als zumindest ein Lasersensor
oder als zumindest ein Wärmesensor in der Getränkeabgabeeinrichtung
ausgebildet oder als Kombination der genannten Sensoren, um die
Wärmeaufnahmefähigkeit zu messen. Eine Wärmeaufnahmefähigkeitsmessung
kann mit Hilfe einer der oben genannten Sensoren durchgeführt
werden. Es ist aber auch beispielsweise denkbar, dass man ein ganzes
Feld von Wärmesensoren anbringt, so dass ein Teil der Wärmesensoren
von Eis und ein Teil von Wasser umgeben ist. Aufgrund des Verhältnisses von
Wärmesensoren, die sich im Eis bzw. nicht im Eis befinden,
kann so auf die Wärmeaufnahmefähigkeit geschlossen
werden.
-
Vorzugsweise
ist der Wärmeträger als ein Kühlmittel
ausgebildet. Insbesondere Wasser oder Glykol/Wasser bieten sich
als Kühlmittel an.
-
Die
oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass zumindest ein Aggregat in Abhängigkeit von
einem Getränkedurchfluss und einer Ist-Wärmeaufnahmefähigkeit
des Wärmeträgers angesteuert wird und die Soll-Wärmeaufnahmefähigkeit
geregelt wird.
-
Die
Steuereinheit kann unter Kenntnis des Getränkedurchflusses
und der Wärmeaufnahmefähigkeit die Vorrichtung
so steuern, dass Energieverbrauch und Kühl leistung optimal
sind. Dazu muss zum einen die Wärmeaufnahmefähigkeit
angepasst werden. Ein Anpassen der Wärmeaufnahmefähigkeit kann
beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Wärmeträger
abgekühlt oder erwärmt wird. Zum anderen wird
ein Aggregat geregelt, was zum Beispiel über die Steuereinheit
erfolgen kann. Das zu regelnde Aggregat kann beispielsweise ein
Kompressor, eine Anzeige und/oder eine Umwälzeinrichtung
sein. Aber auch ein nicht zur Getränkeabgabeeinrichtung
gehörendes Aggregat ist denkbar. Zur Regelung ist insbesondere
die Einstellung der Leistung und der Laufzeit zu zählen.
-
Vorteilhafterweise
wird das Aggregat so geregelt, dass bei einem geringen Getränkedurchfluss eine
geringe Wärmeaufnahmefähigkeit, insbesondere eine
geringe Eisdicke, bei einem mittleren Durchfluss eine mittlere Wärmeaufnahmefähigkeit,
insbesondere eine mittlere Eisdicke, bei einem großen Durchfluss
eine große Wärmeaufnahmefähigkeit, insbesondere
eine große Eisdicke, erzeugt wird. Je nach Getränkedurchfluss/Verbrauch
muss der Wärmeträger bei gleicher Eingangstemperatur
des Getränks ein unterschiedliches Wärmereservoir
bevorhalten, um das Getränk verlässlich auf dieselbe
Temperatur abkühlen zu können. Um Energie einzusparen
ist es daher sinnvoll, die Wärmeaufnahmefähigkeit,
insbesondere die Eisdicke, gerade so groß einzustellen,
dass ein ausreichender Kühleffekt erzielt wird.
-
Vorteilhafterweise
wird die Wärmeaufnahmefähigkeit durch Veränderung
eines Festkörperanteils, insbesondere eines Eisdickenanteils
des Wärmeträgers, insbesondere Wasser, gesteuert.
Die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmeträgers
kann beispielsweise erhöht werden, indem man den Festkörperanteil
erhöht. So muss man eine zusätzliche Energie aufbringen,
um beispielsweise Eis in einen flüssigen Zustand zu bringen.
-
Vorteilhafter
wird der Getränkedurchfluss oder ein durchschnittlicher
Getränkedurchfluss oder ein gewichteter Getränkedurchfluss über
einen Zeitraum bestimmt, um einen Verbrauch, einen durchschnittlichen
Verbrauch oder einen gewichteten Verbrauch zu ermitteln. Der Verbrauch
ist die Größe in Bezug auf den Durchfluss, die
den Fachmann vor allem interessiert. Sind keine großen
Schwankungen im Verbrauch zu erwarten, so bietet sich die Bildung eines
einfachen Durchschnitts an, um eine Aussage für den zukünftigen
Verbrauch zu machen. Bei einer Gewichtung wird eher der letzte Verbrauch
höher gewichtet als der Vorletzte, da der letzte Verbrauch
ein guter Indikator für den zukünftigen Verbrauch
sein sollte.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
-
1 eine
Getränkeabgabeeinrichtung im Querschnitt in schematischer
Darstellung,
-
2 den
Getränkedurchfluss als Funktion der Zeit.
-
1 zeigt
eine Getränkeabgabeeinrichtung 1 mit einem Getränk 2 und
einem Behälter 12, der mit einem Wärmeträger 4 gefüllt
ist. Bei dem Wärmeträger 4 kann es sich
um ein Kühlmittel, insbesondere um Wasser, Luft oder eine
Salzlösung handeln. Über eine Zuleitung 13 wird
das Getränk 2 in einen Wärmetauscher 3 geführt.
Die Zuleitung 13 ist mit einem hier nicht dargestellten
Vorratsbehälter verbunden. Vom Wärmetauscher 3 wird
das Getränk 2 über eine Ableitung 14 zu
einem nicht dargestellten Abgabeventil geführt.
-
Der
Wärmetauscher 3 ist in Spiralform ausgebildet.
Dabei umgibt er eine Umwälzeinrichtung 6. Die
Umwälzeinrichtung 6, die beispielsweise einen Rührer
aufweisen kann, stellt eine homogene Temperaturverteilung im Behälter 12 sicher.
In 1 ist durch zwei Pfeile angedeutet, wie der Wärmeträger 4 durch
die Umwälzeinrichtung 6 bewegt wird.
-
Der
Wärmeträger 4 steht nicht nur mit dem Wärmetauscher 3 in
Verbindung, sondern zusätzlich mit einem weiteren Wärmetauscher 8.
Der weitere Wärmetauscher 8 kann als Kühleinrichtung
ausgebildet sein. In 1 ist der weitere Wärmetauscher
als Leitungsspirale dargestellt. Auf einer Berührungsfläche
des weiteren Wärmetauschers 8 mit dem Wärmeträger 4 kann
sich ein Festkörperanteil 9 des Wärmeträgers 4 ausbilden.
Verwendet man Wasser als Wärmeträger 4,
so wird sich eine Eisschicht ausbilden.
-
Der
Festkörperanteil 9 dient dann als Wärme-/Kältereservoir
für den Wärmeträger 4. Dabei sollte
der Festkörperanteil 9 jedoch nie 100% des Wärmeträgers 4 sein,
da es ansonsten zu einer Beschädigung eines der Bauteile
der Getränkeabgabeeinrichtung kommen könnte.
-
Eine
Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmeträges 4 kann
durch einen Wärmeaufnahmefähigkeitssensor 10 gemessen werden.
Der Wärmeaufnahmefähigkeitssensor 10 kann
dabei Als zumindest ein Ultraschallsensor, oder als zumindest ein
Leitfähigkeitssensor, oder als zumindest ein Drucksensor, oder
als zumindest ein Lasersensor oder als zumindest ein Wärmesensor
ausgebildet sein. Dabei kann der Wärmeaufnahmefähigkeitssensor 10 den
Festkörperanteil 9 des Wärmeträgers 4 messen.
-
Dazu
kann auch nicht nur ein Wärmesensor, sondern auch ein ganzes
Feld von Wärmesensoren vorgesehen sein. Ein Teil dieses
Feldes kann dabei vom Festkörperanteil 9 umgeben
sein, während sich ein Teil des Feldes in einem nicht festen
Teil des Wärmeträgers befindet. Aufgrund des relativen
Anteils von Wärmesensoren, die im Festkörperanteil 9 angeordnet
sind, kann man so den Festkörperanteil 9 bestimmen.
-
Um
den Getränkedurchfluss zu messen, ist ein Getränkedurchflusssensor 11 vorgesehen,
der in 1 in der Zu- und in der Ableitung 13 und 14 angeordnet
ist. Als Getränkedurchflusssensor 11 ist eine
Vielzahl von Sensoren denkbar. So kann beispielsweise mit einem
Wärmesensor oder einem Drehrad Getränkedurchfluss
gemessen werden.
-
Die
Größe des Getränkedurchflusses und der
Wärmeaufnahmefähigkeit werden dann an eine Steuereinheit 5 übertragen.
Die Steuereinheit 5 steuert dann ein Aggregat 6 oder 7 an.
Bei dem Aggregat 6 oder 7 kann es sich beispielsweise
um die Umwälzeinrichtung 6 oder um eine Anzeige 7 handeln.
Bei der Anzeige kann es sich beispielsweise um eine Lampe oder um
eine komplexe elektronische Anzeigetafel handeln. Es ist aber auch
mög lich, dass die Leistung des weiteren Wärmetauschers 8 verändert wird,
indem ein Durchfluss im weiteren Wärmetauscher 8 angepasst
wird. Es ist aber auch eine Vielzahl von anderen Vorrichtungen denkbar,
die von der Steuereinheit in Abhängigkeit vom Getränkedurchfluss
und der Wärmeaufnahmefähigkeit betrieben werden.
Auch externe Vorrichtungen, die mit der Abgabeeinrichtung in Wirkverbindung
stehen, sind denkbar.
-
Wenn
das Abgabeventil geöffnet wird, wird das Getränk 2 vom
Vorratsbehälter durch die Zuleitung 13, über
den Wärmetauscher 3 und die Ableitung 14 zum
Abgabeventil gefördert. Das Getränk 2 wird
dabei im Wärmetauscher 3 auf die gewünschte Temperatur
gebracht. Der Wärmetauscher 3 wiederum steht im
Wärmeaustausch im Wärmeträger 4.
Die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmeträges 4 ist aber
auch durch die Temperatur und den Aggregatszustand bestimmt. Die
Soll-Wärmeaufnahmefähigkeit wird geregelt, indem
die Steuereinheit 5 den weiteren Wärmetauscher 8 ansteuert,
und so die Temperatur und den Festkörperanteil 9 des
Wärmeträgers 6 einstellt.
-
Dies
kann durch die Steuereinheit 5 so geschehen, dass immer
nur die Soll-Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmeträgers
eingestellt wird, die mindestens nötig ist, um die gewünschte
Temperatur des Getränks zu erhalten. Um dieses Ziel zu
erreichen, verwendet die Steuereinheit 5 die Größe
des Getränkedurchflusses und der Wärmeaufnahmefähigkeit und
steuert dann den weiteren Wärmetauscher 8 an. Auf
diese Weise kann in der Getränkeabgabeeinrichtung Energie
eingespart werden. Die Steuereinheit kann aber auch eine Vielzahl
von anderen Vorrichtungen ansteuern, um deren Energieverbrauch zu senken.
-
In 2 ist
der Getränkedurchfluss A als Funktion der Zeit t dargestellt.
In einem Bereich I bis II ist der Fluss A gering und die Steuereinheit 5 steuert
die Wärmeaufnahmefähigkeit so, dass nur ein geringer
Festkörperanteil 9 gebildet wird. In einem Bereich
II bis III ist der Getränkedurchfluss mittelgroß, so
dass ein mittelgroßer Festkörperanteil gebildet wird.
In einem Bereich III bis IV ist der Durchfluss und der Festkörperanteil
schließlich maximal. In dem Bereich, der nach dem Zeitpunkt
IV ist, ist schließlich der Durchfluss wieder mittelgroß und
damit auch der Festkörperanteil. Durch dieses Anpassen
der Wärmeaufnahmefähigkeit kann der Energieverbrauch gesenkt
werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2002203275
A [0003, 0005]