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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur portionierten Kühlung von Getränkeflüssigkeiten.
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Der Ausschank von gekühlten Getränken besitzt einen hohen Stellenwert in der Gastronomie, wobei die Getränke möglichst zeitnah zur Bestellung zu servieren sind. Um dem nachzukommen, werden die Getränke in eigens hierzu konzipierten Kühlräumen oder Kühlbehältern bei Serviertemperatur aufbewahrt bzw. auf Eis serviert. Da einige Spirituosen jedoch besonders niedrige Serviertemperaturen verlangen, die teilweise deutlich unterhalb des Gefrierpunkts von 0°C liegen, werden diese üblicherweise in besonderen Tiefkühlbehältern, wie z. B. Gefrierschränken oder Gefrierboxen, bei Aufbewahrungstemperaturen von bis zu –10°C oder auch darunter vorrätig gehalten. Einige solcher Gefrierbehälter weisen eine durchsichtige Frontpartie zur visuellen Präsentation von darin aufbewahrten Kaltspirituosen auf. Die im Schankbereich verfügbaren Präsentationsflächen sind im Allgemeinen jedoch stark begrenzt, weshalb in der Regel nur Einsicht gewährende Tiefkühlbehälter mit geringem Fassungsvermögen zum Einsatz kommen. Ohne zusätzliche Bevorratung in Tiefkühleinrichtungen außerhalb des Präsentationsbereichs bzw. außerhalb des Griffbereichs des Schankpersonals, wie z. B. in separaten Vorratsräumen außerhalb des Schankbereichs, kann es bei starker Nachfrage daher zu Engpässen kommen. Entsprechende Vorratstiefkühleinrichtungen erhöhen die Unterhaltskosten eines Gastronomiebetriebs durch zusätzlichen Raumbedarf sowie den zur Präventivkühlung der Getränke erforderlichen Energieaufwand.
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Um dem abzuhelfen, wird in der Gebrauchsmusterschrift
DE 93 00 986 U1 ein Flaschenhalter für eine Spirituosendosiervorrichtung vorgeschlagen, der mit Peltierelementen verbunden ist, um im Halter befestigte Flaschen thermoelektrisch zu kühlen. Die Kühlung des Flascheninhalts erfolgt durch thermischen Kontakt der Flasche mit einer gekühlten Oberfläche des Flaschenhalters. Da Flaschen generell schlechte Wärmeleiter sind und der Flaschenhalter ferner nur einen Bruchteil der Flaschenoberfläche berührt, ist der Kühleffekt dieser Einrichtung beschränkt. Außerdem kann die Flasche nicht auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gekühlt werden, da sie durch die Luftfeuchtigkeit sonst in unerwünschter Weise mit einer Eisschicht überzogen werden würde.
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In der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 004 284 U1 wird eine Vorrichtung zur Durchlaufkühlung von Getränken offenbart, durch deren Verwendung ein zeitraubendes Kühlen der Getränke in der Flasche vor dem Ausschank entfällt. Bei Bedarf wird die Getränkeflüssigkeit zur Kühlung in die Vorrichtung geschüttet, die einen Wärmetauscher umfasst, in dem mehrere Durchlaufkanäle für den Durchfluss der Getränkeflüssigkeit ausgebildet sind. Die Kühlung des Wärmetauschers erfolgt mithilfe von Peltierelementen so, dass die Flüssigkeiten nach dem Durchlauf in etwa Kühlschranktemperatur aufweisen.
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Auch in der Offenlegungsschrift
DE 40 36 210 A1 wird eine mit Peltierelementen realisierte Durchlaufkühlvorrichtung beschrieben, wobei die Getränkeflüssigkeit im Unterschied zur
DE 20 2008 004 284 U1 den Wärmetauscher nicht in mehreren zueinander parallelen Durchflusskanälen durchströmt, sondern in einem einzigen, zickzackförmig verlaufenden Durchlaufkanal. Die Einstellung der Serviertemperatur erfolgt bei dieser Vorrichtung über die Regulierung der Durchlaufgeschwindigkeit, wobei zum Vermeiden eventueller Vereisungen eine Abkühlung auf den Gefrierpunkt oder darunter mithilfe einer Kontrolle unter Verwendung eines Temperaturfühlers vermieden wird.
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Auch in der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 028 329 A1 wird ein Durchlaufgetränkekühler vorgestellt, bei der der Wärmetauscher nur einen einzigen Durchlaufkanal für den Durchlauf einer Getränkeflüssigkeit aufweist. Zum Erzielen einer großen Wärmeaustauschfläche bei verhältnismäßig kleinen Abmessungen ist der Durchlaufkanal wendelförmig gestaltet. Die Kühlung des Wärmetauschers kann unter anderem unter Verwendung von Peltierelementen erfolgen.
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Die angeführten Durchlaufkühler für Getränkeflüssigkeiten sind nicht für eine Kühlung von Spirituosen auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts ausgelegt. Beim Ausschank von Spirituosen in Gastronomiebetrieben sollte eine übliche Portionsdosis von 2 cl (1 cl entspricht 0,01 Liter) innerhalb von etwa 2 Sekunden aus der Spirituosenflasche entnommen werden können. Eine Kühlung dieser Portionsmenge innerhalb so kurzer Zeit ist mit den genannten Durchlaufkühlern nicht möglich und würde auch eine unverhältnismäßig hohe Kühlleistung und damit unverhältnismäßig große Kühlaggregate erfordern.
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Es wäre daher wünschenswert eine Kühlvorrichtung anzugeben, die eine Kühlung von begrenzten Mengen an Getränkeflüssigkeiten auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts innerhalb bedarfsgerechter Zeitspannen ermöglicht.
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Diese Aufgabenstellung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besondere Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Solche Kühleinrichtungen umfassen eine Vorrichtung zum Kühlen von Getränken, die ein Kühlgehäuse, eine Zufuhreinrichtung, eine Ablasseinrichtung und wenigstens einen thermoelektrischen Wandler umfasst. Das Kühlgehäuse umschließt einen zum Aufnehmen einer Flüssigkeit ausgebildeten Hohlraum, die Zufuhreinrichtung ist zur Zufuhr einer Flüssigkeit in den von dem Kühlgehäuse umschlossenen Hohlraum ausgebildet, die Ablasseinrichtung ist zum Entnehmen einer Flüssigkeit aus dem von dem Kühlgehäuse umschlossenen Hohlraum ausgebildet und der wenigstens eine thermoelektrische Wandler weist eine erste Oberfläche auf, über die bei Versorgung des thermoelektrischen Wandlers mit elektrischer Energie Kühlleistung abgegeben wird. Bei der Vorrichtung befindet sich die erste Oberfläche mit dem Kühlgehäuse in thermischem Kontakt, wobei das Kühlgehäuse in seinem Inneren wenigstens eine Anordnung zueinander beabstandeter Lamellen aufweist, die sich jeweils von einer der Seitenwände des Kühlgehäuses ausgehend in dessen Innenraum erstrecken. Charakteristisch für die Vorrichtung zum Kühlen von Getränken ist, dass die Ablasseinrichtung zum portionsweisen Ablass von Flüssigkeit aus dem Hohlraum in vorgegebenen Einzelablassmengen ausgebildet ist, und das Volumen des Hohlraums wenigstens dem Volumen einer Einzelablassmenge entspricht.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalischen Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Komponenten, Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
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Wie beschriebene Kühleinrichtungen sind zur Kühlung begrenzter Flüssigkeitsvolumina ausgelegt, wobei die nach einer Flüssigkeitsentnahme jeweils neu zu kühlende Flüssigkeitsmenge genau einer Einzelablassmenge, respektive Portionsdosis, entspricht. Die von dem thermoelektrischen Wandler aufzubringende Kühlleistung ist daher auf das Abkühlen dieser Flüssigkeitsmenge auf Serviertemperatur innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne reduziert. Da die Flüssigkeit nicht im Durchlauf gekühlt werden muss, kann die Kühlstrecke kürzer und das Kühlgehäuse somit kompakter als bei Durchlaufkühlern ausgeführt sein.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist ein sich von der Ablasseinrichtung zur Zufuhreinrichtung erstreckender Bereich innerhalb des vom Kühlgehäuse umschlossenen Hohlraums nicht von den Lamellen durchsetzt, wodurch eine fortgesetzte Umwälzung der gekühlten Flüssigkeit im Hohlraum ermöglicht und dadurch sichergestellt ist, dass sich am Ablass der Kühleinrichtung stets der kälteste Teil der Flüssigkeit befindet und wärmere bzw. erwärmte Flüssigkeitsteile wieder in den Kühlkreislauf zurückgeführt werden.
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Um sicherzustellen, dass am Auslass der Kühleinrichtung sich erwärmende Flüssigkeit ein Zufließen kälterer Flüssigkeit von den Lamellen nicht behindert, weist der nicht von einer Lamelle durchsetzte Bereich des Hohlraums bei Ausführungsformen vorteilhaft einen ersten Teilbereich auf, der im unteren Bereich des Hohlraums an die Ablasseinrichtung anschließend angeordnet ist. Um den Kühllamellen eine im Hohlraum des Kühlgehäuses erwärmte Flüssigkeit effektiv zuzuführen, weist der nicht von einer Lamelle durchsetzte Bereich des Hohlraums bei vorteilhaften Ausführungsformen einen zweiten Teilbereich auf, der im oberen Bereich des Hohlraums an die Zufuhreinrichtung anschließend angeordnet ist. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen weist der nicht von einer Lamelle durchsetzte Bereich des Hohlraums vorzugsweise zusätzlich einen dritten Teilbereich auf, der zum Ermöglichen einer Fluidströmung von einem Hohlraumbereich nahe der Ablasseinrichtung zu einem Hohlraumbereich nahe der Zufuhreinrichtung ausgebildet ist, wodurch sich eine nicht durch die Lamellen gestörte Rückströmung erwärmter Flüssigkeit ausbilden kann. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass sich die hier verwendeten Begriffe oben und unten auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Kühlgehäuse von der Zufuhreinrichtung zur Ablasseinrichtung beziehen, wobei nach oben die bezüglich des Kühlgehäuses zur Zufuhreinrichtung gewandte und nach unten die zur Ablasseinrichtung gewandte Richtung bedeuten. Falls die Flüssigkeitsströmung durch die Schwerkraft bewirkt wird, haben oben und unten die allgemein übliche Bedeutung.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Kühleinrichtungen entspricht das Volumen des Hohlraums wenigstens dem Zweifachen und maximal dem Zehnfachen des Volumens einer Einzelablassmenge, d. h. einer Portionsdosis, so dass die Kühlleistung der Kühleinrichtung und damit auch deren Abmessungen an die erwartete Zapffrequenz angepasst gestaltet werden können. Unter Zapffrequenz ist hierbei die Häufigkeit zu verstehen, mit der auf Serviertemperatur gekühlte Flüssigkeitsportionen aus der Kühleinrichtung abgelassen werden. Das Vorsehen eines Kühlvolumens von wenigstens zwei Portionsgrößen stellt sicher, dass unmittelbar nach der Entnahme einer ersten Portionsdosis auch eine zweite Portionsdosis mit Serviertemperatur entnommen werden kann. Damit auch die Temperatur von weiteren, kurzeitig danach entnommenen Einzelablassmengen nicht oberhalb einer bestimmten Serviertemperatur liegt, entspricht das Kühlvolumen des Hohlraums vorteilhaft mehr als zwei Portionsdosen, bei bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht mehr als etwa zehn Portionsdosen, da dann die zum Abkühlen der neu zugeführten Flüssigkeitsmengen verfügbare Zeitspanne in der Regel ausreicht, um die Flüssigkeit am Ablass stets mit Serviertemperatur bereitzustellen. Es hat sich gezeigt, dass bereits eine Größe des Kühlvolumens von etwa dem Sechsfachen des Volumens einer Einzelablassmenge ausreichend ist, um die Flüssigkeit bei in Gastronomiebetrieben üblichen Anforderungen stets mit Serviertemperatur zapfen zu können. Selbstverständlich kann das Kühlvolumen bei Ausführungsformen auch größer als zehn Portionsdosen sein, und zwar insbesondere dann, wenn die Kühleinrichtung in Betrieben verwendet wird, bei denen eine gute Kühlung auch bei hohen Zapffrequenzen über längere Zeiträume gefordert ist, beispielsweise in Ausschänken von Festbetrieben.
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Um ein Aufwärmen der gekühlten Flüssigkeit durch umgebende Luft und ein Vereisen der Oberflächen der Kühleinrichtung zu vermeiden, sind bei Ausführungsformen zumindest die freien Außenflächen des Kühlgehäuses von einem thermisch isolierenden Material umgeben. Unter freien Außenflächen werden in dieser Schrift die Bereiche der Außenflächen verstanden, die nicht durch weitere Komponenten der Kühleinrichtung bedeckt sind.
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Weitere Ausführungsformen der Kühleinrichtung umfassen ferner zweckmäßig eine Steuereinrichtung, die zum Erfassen einer Flüssigkeitstemperatur in wenigstens einem Bereich des Hohlraums und zur Steuerung der Versorgung des thermoelektrischen Wandlers mit elektrischer Energie abhängig von einer erfassten Flüssigkeitstemperatur ausgebildet ist. Eine solche Steuereinrichtung ermöglicht die Steuerung der Kühlleistung abhängig von der Entnahme, beispielsweise so, dass die im Kühlgehäuse nach einer Flüssigkeitsentnahme befindliche Flüssigkeit mit maximaler Kühlleistung abgekühlt wird und nach dem Erreichen oder Unterschreiten einer der Serviertemperatur zugeordneten Schwellwerttemperatur mit geringer Kühlleistung auf dieser Temperatur gehalten wird.
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Ferner können Ausführungsformen vorteilhaft eine von der Steuereinrichtung ansteuerbare Anzeigeeinrichtung umfassen, die wenigstens zwei Anzeigezustände aufweist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den Zustand der Anzeigevorrichtung abhängig von der erfassten Flüssigkeitstemperatur zu ändern und wenigstens einen der Anzeigezustände zu aktivieren, wenn die erfasste Flüssigkeitstemperatur kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schwellwerttemperatur ist. Eine solche gesteuerte Anzeige ermöglicht es einem Bediener zu erkennen, ob die im Kühlgehäuse oder am Auslass des Kühlgehäuses befindliche Temperatur bereits auf die vorgegebene Serviertemperatur abgekühlt ist. Bei einfachen Ausführungsformen umfasst die Anzeigevorrichtung ein lichtemittierendes Element, das von der Steuereinrichtung ein oder aus geschaltet werden kann.
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Um der Flüssigkeit im Kühlgehäuse entzogene Wärmeenergie und von dem thermoelektrischen Wandler erzeugte Verlustleistung mit gutem Wirkungsgrad effektiv in die Umgebung abzuführen, weist der thermoelektrische Wandler bei weiterhin vorteilhaften Ausführungsformen eine zweite Oberfläche auf, die sich bei Versorgung des thermoelektrischen Wandlers mit elektrischer Energie abhängig von der über die erste Oberfläche abgegebenen Kühlleistung erwärmt, und die mit einer Kühleinrichtung thermisch verbunden ist, die zur Abgabe von Wärmeenergie in die Umgebung ausgebildet ist.
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Der thermoelektrische Wandler umfasst bei Ausführungsformen zum Erzielen eines kompakten Aufbaus vorteilhaft ein oder mehrere Peltierelemente.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzelnen der zuvor beschriebenen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in unterschiedlicher Anzahl und Kombination verwirklicht sein. Ferner können Anzahl und Kombination von Merkmalen erfindungsgemäßer Ausführungsformen auch von denen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele abweichen. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
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1 eine erste Ausführungsform eines Portionskühlers in einer schematisierten Explosionsdarstellung zeigt,
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2 eine zweite Ausführungsform eines Portionskühlers in einer schematisierten Längsschnittdarstellung zeigt, und
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3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer temperaturgeregelten Kühlleistungssteuerung und einer Temperaturanzeige zeigt.
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In den Figuren sind Elemente, die im Wesentlichen gleiche technische Funktionen erfüllen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Verschiedene Ausgestaltungen dieser Elemente weisen ähnliche Bezugszeichen auf. Ferner sind in den Figuren nur diejenigen Komponenten des jeweils dargestellten Gegenstands illustriert, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Auf die Darstellung weiterer, bei den jeweils dargestellten Ausführungsformen darüber hinaus vorhandenen Komponenten wurde im Interesse einer übersichtlichen Darstellung verzichtet.
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Die stark schematisierte perspektivische Explosionsdarstellung von 1 veranschaulicht die wesentlichen Komponenten eines Portionskühlers 100 zur Verwendung mit aus Flaschen 1 verfügbaren Spirituosen oder anderen Getränkeflüssigkeiten. Der in der Figur dargestellte Flüssigkeitsbehälter 1 stellt keinen Teil des Portionskühlers 100 dar. Die Darstellung des Flüssigkeitsbehälters 1 dient lediglich zur Illustration der Funktionsweise des Portionskühlers 100.
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Der Portionskühler 100 umfasst ein Flaschenventil 2, einen Flüssigkeitskühler 3, ein Auslass- bzw. Zapfventil 4, einen thermoelektrischen Wandler 5, eine Kühleinrichtung 6, eventuell eine Lüftereinrichtung 7 zur Erhöhung der Luftzirkulation an der Kühleinrichtung und fakultativ ein Wärmeleitelement 8, das zur Übertragung einer Wärmeenergie vom Flüssigkeitskühler 3 zum thermoelektrischen Wandler 5 ausgebildet ist. Das Flaschenventil 2 ist hierbei zur Aufnahme der Öffnung einer kopfüber stehenden Flasche 1, das Auslass- bzw. Zapfventil 4 zur Entnahme einer Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskühler 3 und die Kühleinrichtung 6 zur Abfuhr thermischer Energie an die Umgebungsluft ausgebildet.
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Für den thermoelektrischen Wandler 5 werden bevorzugt Anordnungen von Peltierelementen verwendet, da diese besonders kompakte Bauform ermöglichen und keine zusätzlichen Betriebsmittel wie z. B. Kühlmittel erfordern. Die kühlende Seite der Peltierelemente ist mit dem Flüssigkeitskühler 3 thermisch verbunden, während die wärmende Seite der Peltierelemente mit der Kühleinrichtung 6 in thermischem Kontakt steht, um so die einer im Flüssigkeitskühler 3 befindlichen Flüssigkeit entzogene Wärmeenergie zusammen mit der von den Peltierelementen erzeugten Wärmeenergie über die Kühleinrichtung 6 an die Umgebungsluft abzuführen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Kühleinrichtung 6 als metallischer Kühlkörper ausgebildet, der zur Ausbildung einer möglichst großen wärmeabgebenden Oberfläche mit mehreren Kühlrippen versehen ist. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlrippen innerhalb einer seitlichen Umgrenzung angeordnet, so dass der Kühlkörper mehrere parallel nebeneinander angeordnete Kühlluftkanäle ausbildet. Hierdurch wird der Kühlluftstrom in definierter Weise über die wärmeabgebenden Oberflächen des Kühlkörpers 6 geführt, wodurch sich die Gefahr eines unerwünschten Erwärmens benachbarter Gegenstände im Schankbereich verringert. Der Auslass des Kühlkörpers kann über einen (in der Figur nicht dargestellten) Kanal mit einem Abluftsystem verbunden sein. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann an der Unterseite des Kühlkörpers eine Lüftereinrichtung 7 vorgesehen sein, die die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft erhöht. Selbstverständlich kann die Lüftereinrichtung 7 auch oberhalb des Kühlkörpers 6 angeordnet sein, wobei bei Ausführungen auch die Kühlluftzufuhr anstatt wie oben unterstellt von unten nach oben auch von oben nach unten erfolgen kann.
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Kernstück des Portionskühlers 100 ist der Flüssigkeitskühler 3, der in der dargestellten Ausführungsform drei Baukörper umfasst: eine Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31, eine Lamellenkühleinrichtung 32 und ein Auslassbecken 33, an das eine Ablasseinrichtung 4 anschließt. Die Außen- bzw. Seitenwände der Lamellenkühleinrichtung 32 umschließen das Kühlvolumen seitlich. In Richtung der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 und des Auslassbeckens 33 ist die Lamellenkühleinrichtung 32 offen ausgeführt, so dass über die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 Flüssigkeit in die Lamellenkühleinrichtung 32 einströmen und das Auslassbecken 33 füllen kann. Der Flüssigkeitstransport durch die Lamellenkühleinrichtung 32 erfolgt vorzugsweise gravitationsgestützt. Daher wird im Folgenden die zur Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 gerichtete Seite der Lamellenkühleinrichtung 32 als deren Oberseite und die zum Auslassbecken 33 gerichtete Seite als deren Unterseite bezeichnet. Diese Bezeichnung wird nachfolgend unabhängig von einer tatsächlichen Orientierung der Lamellenkühleinrichtung 32 verwendet, also auch für Anwendungen, bei denen der Flüssigkeitstransport schräg, horizontal oder entgegen der Schwerkraft z. B. durch Pumpen bewirkt wird.
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Die Außenseite von zumindest einer der Seitenwände der Lamellenkühleinrichtung 32 ist so ausgebildet, dass sie mit dem thermoelektrischen Wandler 5 in thermischen Kontakt gebracht werden kann. In das von den Seitenwänden umgrenzte Kühlvolumen der Lamellenkühleinrichtung 32 erstrecken sich mehrere Lamellen 34, deren Fußbereiche sich jeweils in direktem thermischen Kontakt mit einer der Seitenwände befinden. Jede der Lamellen weist dabei die Form einer Kühlrippe auf, deren Kühlflächen sich in Richtung von der Oberseite der Lamellenkühleinrichtung zu deren Unterseite erstrecken. Die zueinander beabstandeten Lamellen 34 können sich durch das gesamte Kühlvolumen hindurch erstrecken, wodurch mehrere nebeneinander verlaufende, durch die Lamellen getrennte Kühlkanäle ausgebildet werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen durchsetzen die Lamellen jedoch nur einen Teil des Kühlvolumens. Der nicht von den Lamellen durchsetzte Rückflussbereich 36 definiert eine Passage vom Auslassbecken an den Kühllamellen 34 vorbei zur Oberseite der Lamellenkühleinrichtung 32 und dient dem Aufrechterhalten einer Umlaufströmung, durch die Flüssigkeit aus dem Auslassbecken 33 an den Lamellen 34 vorbei zur Oberseite der Lamellen 34 gelangen kann. Die Umlaufströmung kann mittels Pumpen bewirkt werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen, bei denen der Flüssigkeitstransport zwischen den Lamellen hindurch unter Einwirkung der Schwerkraft erfolgt, wird die Umlaufströmung jedoch von einer Konvektionsströmung gebildet, bei der sich im Auslassbecken 33 unterhalb der Lamellen 34 erwärmende Flüssigkeit aufgrund ihres relativ geringeren spezifischen Gewichts über den Rückflussbereich 36 zur Oberseite der Lamellenkühleinrichtung 32 aufsteigt, dort zu den Lamellen 34 gelangt, daran abgekühlt wird und aufgrund des nun relativ höheren spezifischen Gewichts vermittelt durch die Schwerkraft schließlich wieder in das Auslassbecken zurücksinkt.
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Bei der in 1 illustrierten Ausführungsform ist die Lamellenkühleinrichtung 32 quaderförmig ausgebildet. Die Lamellen 34 schließen an die Innenseite der zum Anschluss an den thermoelektrischen Wandler 5 vorgesehenen Seitenwand an und sind parallel nebeneinander angeordnet. Die zwischen den Lamellen 34 ausgebildeten Zwischenräume 35 bilden Kühlkanäle zum Entlangführen einer Flüssigkeit an den Kühllamellen. Die Lamellen erstrecken sich in Richtung zur gegenüberliegenden Seitenwand der Lamellenkühleinrichtung 32, wobei die Länge der Lamellen in dieser Richtung kürzer als der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden ist. Die Höhe der Lamellen entspricht bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen der Höhe der Lamellenkühleinrichtung 32, d. h. dem Abstand zwischen deren Ober- und deren Unterseite. Die Breite der Lamellen 34 und deren Abstand untereinander sind für eine maximale Wärmeabfuhr aus einer die Lamellen umspülenden Flüssigkeit optimiert. Die Optimierung kann sowohl experimentell als auch durch Berechnung nach einem mathematischen Modell bzw. mittels einer Simulation vorgenommen werden. Die in 1 illustrierte Ausführungsform ist jedoch nicht zwingend. Beispielsweise können auch an drei der Seitenwände Lamellen angebracht sein, wobei vorzugsweise die mittlere der drei Seitenwände über den thermoelektrischen Wandler gekühlt wird. Bei hinreichender Wandstärke der an die Lamellen anschließenden Seitenwände kann hierüber eine stärkere Kühlung des von der an den thermoelektrischen Wandler 5 angebundenen Seitenwand weiter entfernteren Bereichs realisiert werden. Bei anderen Ausführungsformen weist die Lamellenkühleinrichtung 32 statt der mehreren Seitenwände eine in sich geschlossene Umgrenzungswand auf, die an einer Teilfläche zur Anbindung an den thermoelektrischen Wandler 5 ausgebildet ist. Anders als in der Darstellung von 1 kann die Umgrenzungswand bzw. können die Seitenwände zwischen Ober- und Unterseite der Lamellenkühleinrichtung 32 auch gekrümmt sein bzw. einen oder mehrere Knicke aufweisen. Zur Vergrößerung der Kühlfläche können die Lamellen statt ebenen auch strukturierte, beispielsweise gewellte, Oberflächen aufweisen.
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Die Oberseite des Lamellenkühlers 32 wird, wie aus der Längsschnittdarstellung von 2 ersichtlich ist, von der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 abgedeckt. Die Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 weist eine Aufnahme 311 für ein Flaschenventil 2 auf, das vorzugsweise zum Anschluss an einen Flüssigkeitsbehälter wie z. B. eine Flasche oder eine Flüssigkeitszuleitung ausgebildet ist. Unter Flüssigkeitszuleitung sind hierbei sowohl Adapterstücke für den Anschluss unterschiedlicher Behälter als auch längere zur Leitung von Flüssigkeiten geeignete Kanäle wie beispielsweise Rohre zu verstehen. Das Flaschenventil bildet einen Teil der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31. Um eine Flüssigkeitsentnahme zu ermöglichen, weist das Flaschenventil 2 bei bevorzugten Ausführungsformen eine Belüftungseinrichtung auf, über die Luft in den Behälter 1 gelangen kann. Weiter kann so ein Entstehen von Unterdruck im Behälter vermieden werden. Die Flüssigkeitszuführung 31 umfasst bei bevorzugten Ausführungsformen ferner einen Hohlraum 37, der oberhalb des vom Lamellenkühler 32 umschlossenen Kühlvolumens angeordnet an dieses anschließt und sich zweckmäßig zumindest über die zwischen den Lamellen 34 ausgebildeten Zwischenräume 35 erstreckt.
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Die Unterseite des Lamellenkühlers 32 schließt an das Auslassbecken 33 an, das ein an das Kühlvolumen des Lamellenkühlers 32 anschließendes Flüssigkeitsreservoir 38 einfasst. Das Auslassbecken 33 ist ferner, z. B. mittels eines Anschlussstücks 331, zum Anschluss an ein Auslass- bzw. Zapfventil 4 ausgebildet, das eine portionsweise Entnahme von Flüssigkeiten aus dem Flüssigkeitsreservoir 38 ermöglicht. Das Zapfventil kann als mechanisches Dosierventil ausgebildet sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Zapfventil ein Magnetventil. Das Zapfventil 4 ist so am Auslassbecken angebracht, dass sich eine am Ventil anstehende Flüssigkeit stets in thermischem Kontakt mit der übrigen Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 38 befindet.
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Das vom Lamellenkühler 32 umschlossenen Kühlvolumen, das Volumen des Hohlraums 37 und das Volumen des Flüssigkeitsreservoirs 38 bilden ein zusammenhängendes Gesamtvolumen, dessen Größe wenigstens dem Volumen einer Portionsdosis entspricht, das dem Portionskühler 100 über das Zapfventil 4 bei einmaligem Gebrauch entnommen werden kann. Um sicherzugehen, dass die Flüssigkeit auch bei mehrmaligem Zapfen in kurzen Zeitabständen stets mit der gewünschten Serviertemperatur entnommen wird, entspricht das Gesamtvolumen bei bevorzugten Ausführungsformen einem Mehrfachen eines Portionsvolumens, wobei Gesamtvolumina, die einem Zwei bis Zehnfachen eines Portionsvolumens entsprechen, besonders bevorzugt werden. Kleinere, für Anwendungen mit geringer Zapffrequenz ausgelegte Gesamtvolumina können mit kleineren und somit kostengünstigeren thermoelektrischen Wandlern 5 ausgestattet sein, und sind somit, da sie dann auch nur kleinere Kühleinrichtungen 6 erfordern, mit geringeren Abmessungen und somit kompakter herstellbar. Größere Gesamtvolumina stellen demgegenüber auch bei hoher Zapffrequenz eine ausreichend niedrige Serviertemperatur sicher, wobei das Gesamtvolumen bei Ausführungsformen, die für hohe Zapffrequenzen über längere Zeiträume ausgebildet sind, auch mehr und unter Umständen auch wesentlich mehr als zehn Portionsvolumina entsprechen kann.
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Form und Größe des Hohlraums 37 bestimmen sich über die konstruktiven Gegebenheiten des Zufuhrventils 2 und dem Erfordernis, dass einerseits eine über das Flaschenventil 2 zugeführte Flüssigkeit ohne großen Strömungswiderstand in das Kühlvolumen des Lamellenkühlers 32 überführt werden muss, andererseits eine über den Rückflussbereich 36 aufsteigende Flüssigkeit über die Zwischenräume 35 zu den Lamellen 34 geleitet werden muss. Da die den Hohlraum 37 umgebende Kühlfläche der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 relativ gering ist, ist auch der Anteil des Hohlraums 37 am gesamten Kühlvolumen des Flüssigkeitskühlers 3 sehr gering zu halten und beträgt vorzugsweise weniger als eine halbe Portionsdosis.
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Das Verhältnis des vom Lamellenkühler 32 umschlossenen Kühlvolumens zu dem Volumen des Flüssigkeitsreservoirs 38 ist von der Größe des Gesamtvolumens des Flüssigkeitskühlers 3 abhängig. Entspricht das Gesamtvolumen nur einer Portionsdosis, so beträgt das Kühlvolumen des Lamellenkühlers vorzugsweise wenigstens 80% und bevorzugt bis zu 95% des gesamten Kühlvolumens des Flüssigkeitskühlers 3. Um dies zu erreichen, können sich die Lamellen 34 bei Ausführungsformen über die Unterseite des Lamellenkühlers 32 hinaus in das Flüssigkeitsreservoir 38 des Auslassbeckens 33 hinein erstrecken. Bei weiteren Ausführungsformen können sich die Kühllamellen 34 auch in den Hohlraum 37 der Flüssigkeitszufuhreinrichtung 31 hinein erstrecken. Bei größeren Gesamtvolumina kann das Verhältnis zugunsten der Größe des Flüssigkeitsreservoirs 38 verändert werden, so dass das Volumen des Flüssigkeitsreservoirs 38 bei einem besonders bevorzugten Gesamtvolumen von etwa sechs Portionsdosen, in etwa 75% und das Kühlvolumen des Lamellenkühlers 32 weniger als 25% des Gesamtvolumens beträgt. Bei kleineren Gesamtvolumina können beide Volumina in etwa gleich groß sein. Bei anderen Ausführungsformen kann das Kühlvolumen des Flüssigkeitsreservoirs auch deutlich unter 75% bis hin zu nur wenigen Prozent betragen.
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Bei den besonders bevorzugten Ausführungsformen ist zur Ausbildung eines Rückflussbereichs 36 im Flüssigkeitskühler 3 ein Teil des vom Lamellenkühler umgrenzten Kühlvolumens nicht von den Kühllamellen 34 durchsetzt. Hierdurch wird eine wie oben beschriebene Umwälzung einer im Gesamtkühlvolumen des Flüssigkeitskühlers 3 vorhandenen Flüssigkeit ermöglicht, die bei den in den 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsformen passiv durch thermische Konvektion bewirkt wird. Bei anderen Ausführungsformen wird die Flüssigkeitsumwälzung durch eine an geeigneter Stelle im Gesamtkühlvolumen angeordnete Pumpeinrichtung, beispielsweise am Zugang zum Rückflussbereich 36, aktiv aufrechterhalten. Ferner kann der Rückflussbereich 36 bei zu den Darstellungen der 1 und 2 alternativen Ausführungsformen auch als die Kühllamellen 34 und deren Zwischenräume 35 umgehende geschlossene Fluidleitung ausgeführt sein. Durch die Umwälzung der Flüssigkeit im Flüssigkeitskühler 3 wird sichergestellt, dass sich im Flüssigkeitsreservoir auch nach längerer Nichtbenutzung stets der kühlste Teil der Flüssigkeit befindet und über das Auslassventil 4 gezapft wird.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der Flüssigkeitskühler keine Pumpeinrichtungen zum Aufrechterhalten einer Umwälzung der kühlenden bzw. gekühlten Flüssigkeit auf, so dass die Umwälzung allein durch interne, über den Rückflussbereich 36 unterstützte natürliche Konvektion bewirkt wird. Zur weiteren Unterstützung einer solchen Konvektion ist das Auslassbecken 33 bei Ausführungsformen in Bezug auf die Konvektion strömungsgünstig gestaltet. Die in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsform weist hierzu beispielsweise eine schräge Rückseite auf, über die von den Kühlrippen einströmende Flüssigkeit in Richtung des Rückflussbereichs 36 gelenkt wird und somit ein Aufsteigen erwärmter Flüssigkeit gegen den Fallstrom der von den Kühllamellen gekühlten Flüssigkeit unterbindet.
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Die vorliegende Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass die Entnahme von Spirituosen aus Flüssigkeitsbehältern im Gastgewerbe üblicherweise in portionierten Dosen vorgenommen wird, wobei eine Portionseinheit je nach Verwendungszweck der Spirituose in der Regel zwischen 2 und 4 cl beträgt. Bei Entnahme einer Portionsdosis aus dem Flüssigkeitskühler 3 fließt die Flüssigkeit aus dem Auslassbecken 33 durch das Auslassventil 4. Der hierdurch im Gesamtkühlvolumen des Flüssigkeitskühlers 3 sinkende Füllstand bewirkt zum Ausgleich eines Unterdrucks im Flüssigkeitsbehälter 1 einen Luftstrom über das Flaschenventil 2 in den Flüssigkeitsbehälter 1, so dass eine der über das Auslassventil 4 entnommenen Flüssigkeitsmenge entsprechende Flüssigkeitsmenge in den Flüssigkeitskühler einströmen kann. Um einen Unterdruck im Flüssigkeitsbehälter zu vermeiden, wird dieser während einer Flüssigkeitsentnahme wie oben beschrieben über das Zuführventil belüftet. Die Flüssigkeitszufuhr kann direkt in die Zwischenräume 35 zwischen den Kühllamellen 34 erfolgen, oder wie in der in den Figuren dargestellten Ausführungsform zumindest teilweise in den Rückflussbereich 36, wodurch ein geringerer Strömungswiderstand und somit ein schnelleres Zapfen erreicht wird. Nach Abschluss eines Zapfvorgangs steigt im Rückflussbereich 36 befindliche frisch zugeführte Flüssigkeit rasch auf und gelangt über den Hohlraum 37 zu den von den Zwischenräumen 35 gebildeten Kühlkanälen, wodurch eine rasche Abkühlung der frisch zugeführten Flüssigkeit erreicht wird.
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Ein wie beschrieben ausgebildeter Portionskühler kühlt zwischen zwei Zapfvorgängen stets nur die einer Portionsdosis entsprechende Flüssigkeitsmenge. Ein Vermischen von gekühlter und ungekühlter Flüssigkeit bei einem Zapfvorgang ist aufgrund deren unterschiedlicher spezifischer Gewichte vernachlässigbar. Somit kann die Kühlleistung an die Portionsdosis angepasst ausgelegt werden, wodurch ein kompakter Aufbau des Portionskühlers möglich ist. Um die in den Flüssigkeitskühler eingebrachte Kühlleistung optimal zu nutzen, weist der Portionskühler bei Ausführungsformen eine (in den Figuren nicht dargestellte) äußere Isolierung auf, die zudem auch ein Vereisen der Kühleroberfläche verhindert. Bei im Verhältnis zur Isolierschicht dünneren thermoelektrischen Wandlern 5 kann der thermische Kontakt zwischen Wandler 5 und Lamellenkühler bzw. zwischen Wandler 5 und Kühleinrichtung 6 durch Verwendung eines geeigneten Wärmeleitelements 8 hergestellt sein. Alle am Entzug der Wärmeenergie aus einer im Flüssigkeitskühler 3 befindlichen Flüssigkeit und der Überführung von Wärmeenergie an die Umgebungsluft beteiligten Werkstoffe weisen eine gute thermische Leitfähigkeit von vorzugsweise mehr als 150 W/(m·K) und insbesondere von mehr als 200 W/(m·K) auf. Bei Verwendung von Aluminium für die Ausbildung des Flüssigkeitskühlers ist dessen natürliches Oberflächenoxid in der Regel ausreichend zur Ausbildung einer lebensmittelechten Oberfläche. Statt der natürlichen Oxidschicht kann die Oberfläche des Aluminiumkörpers bzw. der Aluminiumkörper auch mit einer lebensmittelechten Eloxalschicht versehen sein. Ferner kann die mit der Flüssigkeit in Berührung gelangende Oberfläche des Flüssigkeitskühlers 3 auch mit einer dünnen lebensmittelechten Kunststoffschicht überzogen sein, vor allem dann, wenn Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden, die mit der zu kühlenden Flüssigkeit reagieren können.
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3 zeigt ein Blockschaltbild, aus dem die wesentlichen Komponenten einer Kühlleistungssteuerung 9 für eine wie oben erläuterte, als Portionskühler 100 ausgebildete Kühleinrichtung und eine mit einer Flüssigkeitstemperatur im Portionskühler verknüpfte Temperaturanzeige hervorgehen.
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Die Kühlleistungssteuerung 9 umfasst eine Steuereinrichtung 90, einen Temperaturfühler 91 und eine Anzeigeeinrichtung 92. Der Temperaturfühler 91 ist je nach Bauart zur Änderung eines seiner charakteristischen Werte oder zur Ausgabe eines elektrischen Signals in Abhängigkeit der Temperatur an seinem Fühlbereich ausgebildet. Beispielsweise kann der Temperaturfühler unter anderem von einem Heißleiter, einem Thermoelement oder auch von einer Halbleiterschaltung gebildet sein. Der Temperaturfühler 91 ist vorzugsweise so am Flüssigkeitskühler 3 angeordnet, dass sein Fühlbereich eine im Flüssigkeitskühler 3 befindliche Flüssigkeit kontaktiert. Zweckmäßig befindet sich der Fühlbereich des Temperatursensors 91 in der Nähe zum Zapfventil 4. Die Steuereinrichtung 90 ist sowohl mit dem Temperaturfühler 91 als auch dem thermoelektrischen Wandler 5 verbunden und dazu ausgebildet, den Stromdurchfluss durch den thermoelektrischen Wandler in Abhängigkeit vom Zustand des Temperaturfühlers 91 zu steuern. Die Steuerung kann entweder direkt erfolgen, indem die Steuereinrichtung 90 den Versorgungsstrom zum Betrieb des thermoelektrischen Wandlers 5 selbst erzeugt, oder indirekt, indem die Steuerung ein Stromsteuersignal erzeugt, das an eine (in der Figur nicht dargestellte) steuerbare Stromversorgung für den thermoelektrischen Wandler 5 ausgegeben wird.
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Um Informationen bezüglich eines Kühlzustands einer im Flüssigkeitskühler 3 befindlichen Flüssigkeit bzw. den Bereitschaftsstatus des Portionskühlers 100 anzuzeigen, weisen Ausführungsformen der Kühlleistungssteuerung 9 ferner eine Anzeigeeinrichtung 92 auf, deren Zustand von der Steuereinrichtung 90 gesteuert werden kann. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 90 zum Steuern des Zustands der Anzeigeeinrichtung 92 in Abhängigkeit von bestimmten Zuständen des Temperaturfühlers 91 ausgebildet. Bei Ausführungsformen weist die Anzeigeeinrichtung 92 wenigstens ein lichtemittierendes Element, beispielsweise eine Leuchtdiode, auf, die von der Steuereinrichtung zum Emittieren von Licht angesteuert wird, sobald die über den Temperaturfühler 91 erfasste Flüssigkeitstemperatur einen vorgegebenen Wert erreicht bzw. unterschreitet. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Anzeige wenigstens zwei lichtemittierende Elemente enthalten, von denen eine nur leuchtet, wenn die vorgegebene Flüssigkeitstemperatur noch nicht erreicht bzw. unterschritten ist, während die andere nur bei Erreichen oder Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur leuchtet. Bei anderen Ausführungsformen kann die Anzeigeeinrichtung 92 zusätzlich oder alternativ eine graphische Anzeigeeinheit wie z. B. eine numerische oder alphanumerische Digitalanzeige umfassen, über die eine über den Temperatursensor 91 erfasste Temperatur oder auch Zustandsanweisungen wie beispielsweise ”zapfbereit” oder dergleichen ausgegeben werden können.
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Der beschriebene Portionskühler ermöglicht ein zeitnah zu einem Zapfvorgang erfolgendes Kühlen von Getränken auf sehr tiefe Temperaturen, indem stets nur Getränkevolumina von einer oder wenigen Zapfportionen gekühlt werden. Zum beschleunigten Abkühlen weist der Portionskühler nicht nur eine große, die zu kühlende Flüssigkeit kontaktierende Kühlfläche auf, sondern bewirkt darüber hinaus eine Flüssigkeitsumwälzung, die sicherstellt, dass sich am Zapfventil stets eine optimal gekühlte Flüssigkeit vorfindet. Bei Verwenden von Kühlvolumina die einem Mehrfachen einer Zapfportion entsprechen, kann die Zapffrequenz deutlich erhöht werden, da nach einem Zapfvorgang einerseits noch weitere bereits optimal gekühlte Flüssigkeit vorhanden ist, andererseits die noch nicht gekühlte Flüssigkeit durch den Zapfvorgang sofort über die Kühlflächen geleitet und somit bis zum Erreichen des Zapfventils optimal gekühlt wird.
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Zum Kühlen einer in einem Flüssigkeitsbehälter 1, beispielsweise einer Flasche, vorrätigen Getränkeflüssigkeit mit einer wie oben beschriebenen Portionskühleinrichtung, wird der Behälter so an der Zufuhreinrichtung 31 angebracht, dass eine in dem Flüssigkeitsbehälter 1 befindliche Flüssigkeit über die Zufuhreinrichtung 31 in das Kühlgehäuse 3 eintreten kann. Nach dem Kühlen der im Kühlgehäuse 3 befindlichen Flüssigkeit, wird dem Kühlgehäuse bei Bedarf eine einer Portion entsprechende bestimmte Menge der gekühlten Flüssigkeit unter Verwendung der Ablasseinrichtung 4 entnommen, wobei das Volumen der bei diesem Vorgang entnommenen Flüssigkeitsmenge das Volumen der im Kühlgehäuse 3 befindlichen Flüssigkeit nicht überschreitet. Der Entnahmevorgang kann wiederholt vorgenommen werden.
