DE69113998T2

DE69113998T2 - Kühlanlage für wasser in flaschen.

Info

Publication number: DE69113998T2
Application number: DE69113998T
Authority: DE
Inventors: Bruce D. Valencia Ca 91355 Burrows
Original assignee: Ebtech Inc
Current assignee: Ebtech Inc
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: US5072590A; CA2079679A1; KR100201119B1; ES2078736T3; JP2902783B2; JPH05506300A; DE69113998D1; EP0524296A1; CA2079679C; EP0524296B1; AU1323992A; EP0524296A4; AU641313B2; WO1992014104A1

Description

Der Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbesserungen an Vorrichtungen und Systemen zum Kühlen eines Trink-, Koch- oder sonstigen Wasservorrats. Insbesondere betrifft die Erfindung ein gedrängt aufgebautes Kühlsystem zum wirkungsvollen und geräuscharmen Kühlen eines Wassservorrats, insbesondere in einem mit Wasserflaschen arbeitenden Wasserspender oder dergl.
Aus Wasserflaschen gespeiste Wasserspender sind bekannt; sie nehmen auf herkömmliche Weise einen Vorrat von verhältnismäßig gereinigtm Wasser auf und sind an einer zweckmäßigen Stelle aufgestellt, um das Wasser im wesentlichen unmittelbar und sofort au;zugeben. Derartige Wasserspender enthalten üblicherweise einen nach oben offenen Vorratsbehälter, der eine Wasserflasche von typischerweise ca. 11 - 19 Litern Füllvolumen mit der Mündung nach unten aufnimmt und abstützt, so daß das abgefüllt) Wasser abwärts in den Vorratsbehälter fließen kann. Ein Hahn auf der Vorderseite des Spendergehäuses ist beliebig betätigbar, um eine gewünschte Menge Wasser auszugeben. Derartige Wasserspender werden verbreitet als Quelle sauberen und sicheren Trinkwassers eingesetzt, wenn das örtliche Leitungeswasser zu starker Verschmutzungen verdächtigt wird oder sie tatsächlich enthält.
Bei vielen flaschengespeisten Wasserspendern soll das Wasser im Vorratsbehälter auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur gekühlt werden, um ein angenehmes erfrischendes Trinkwasser bereitzustellen. Als Kühleinrichtung für derartige Spender dienten normalerweise herkömmliche mechanische Kühlsysteme, die die Kosten, die Komplexität und die Größe des Spenders sowie seinen betrieblichen Geräuschpegel und Strombedarf unerwürscht erhöhten. Alternative Lösungsvorschläge betrafen die Verwendung verhältnismäßig kompakter, thermoelektrisch arbeitender Wärmetausch-Kühlmodule Derartige Systeme erfordern jedoch im allgemeinen Kühlkörper mit verhältnismäßig großer Oberfläche und/oder große und geräuschvolle Gebläse, um eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem Wasser im Vorratsbehälter des Spenders zu gewährleisten. Die Verwendung großer Kühlkörper und/oder -gebläse in Spendern der genannten Art wirft unerwünschterweise erhebliche Größenund Geräuschprobleme auf und erhöht auch - ebenso unerwünscht - die Betriebskosten. Unter den Versuchen, den Wirkungsgrad des Wärmetauschs bei solchen thermoelektrischen Systemen zu erhöhen (bspw. nach der US-A-2 931 188), befand sich auch eine Umlauf führung von Leitungswasser als Wärmetauschmittel. Solche Systeme erfordern jedoch unzweckmäßige Installationsanschlüsse und arbeiten nicht zufriedenstellend, wenn die Leitungswasserversorgung ausfällt.
Es besteht daiier ein signifikanter Bedarf an weiteren Verbesserungen an theriuoelektrischen Kühlsystemen für aus Wasserflaschen gespeiste Wasserspender und dergl. insbesondere hinsichtlich eines gedrängt aufgebauten und wirkungsvoll arbeitenden System., das nicht auflnstallationsanschlüsse oder große Kühlkörper bzw. -gebläse angewiesen ist. Die vorliegende Erfindung rfüilt diesen Bedarf und bietet weitere diesbezügliche Voteile.
Erfindungsgemiß und wie im Anspruch 1 angegeben, ist ein verbessertes Wasserkühlsystem vorgesehen, um einen Wasservorrat zur Verwendung zum Trinken, Kochen usw. auf eine gewählte niedrige Temperatur zu kühlen. Das Kühlsystem ist besonders geeignet zur Verwendung in flaschengespeisten Wasserspendern oder dergl. mit einem Vorratsbehälter zur ausgabebereiten und verwendungfertigen Aufnahme eines Wasservorrats. Ein Wärmetransfermodul ist wärmeübergangsmäßig mit dem Vorratsbehälter angeordnet, um dem Wasser in diesem Wärmeenergie zu entziehen und sie auf elne umlaufendes Fluid zwecks Abgabe an einen kompakten Wärmetauscher zu übertragen. Das thermoelektrische Wärmetransfermodul ist mit einer kalten Seite in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Wasservorrat im Vorratsbehälter angeordnet. Das Modul kann über einen Gleichrichter an eine geeignete Stromquelle angeschlossen werden - bspw. eine übliche Haushalts-WS-Steckdose. Das thermoelektrische Modul entzieht betrieblich dem Wasservorrat Wärmeenergie und überträgt sie auf die warme Seite des Moduls. Die warme Seite des Moduls befindet sich in einem Sammelblock in Wärmetauschbeziehung mit einem umlaufenden Wärmetauschfluid wie bspw. Wasser. In der bevorzugten Systemanordnung nach der vorliegenden Erfindung hält eine kleine Pumpe mit einem Motor zum Antrieb des Pumpenrads das Wärmetauschfluid in einem den Sammelblock enthaltenden geschlossenen Leitungskreis im Umlauf. Der geschlossene Leistungskreis enthält weiterhin den kompakten Wärmetauscher wie bspw. einen Lamellenrohr-Wärmetauscher, der die abgezogene Wärmeenergie abgibt. Weiterhin treibt der Pumpmotor ein Flügelrad im Vorratsbehälter an, um dessen Inhalt ständig so umzuwälzen, daß seine gekühlte Temperatur im wesentlichen erhalten bleibt. Die bevorzugte Ausführungsform weist weiterhin ein ebenfalls vom Pumpmotor angetriebenes kleines Gebläse auf, das eine über den Wärmetauscher streichende konvektive Luftströmung erzeugt.
Andere Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, die die Prinzipien der Erfindung an einem Beispiel erläutern.

Kurzbeschreibun der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen stellen die Erfindung dar:
Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines flaschengespeisten (Trink-) Wasserspenders zur Aufnahme des erfindungsgemäßen Wasserkühlsystems;
Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung des flaschengespeisten Wasserspenders in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Wasserkühlsystem;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Perspektivdarstellung eines thermoelektrischen Wärmetransfermoduls für die Verwendung im Kühlsystem;
Fig. 4 zeigt als vergrößerter Vertikel-Teilschnitt die Montage des thermoelektrischen Wärmetransfermoduls im Fühlsystems; und
Fig. 5 zeigt als vergrößter Vertikal-Teilschnitt Einzelheiten des Aufbaus und der Montage einer Pumpe für die Verwendung im Kühlsystem.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die ein Beispiel darstellenden Zeichnungen zeigen einen flaschengespeisten Trinkwasserspender - in den Fig. 1 und 2 allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet - zur Aufnahme eines Wasservorrats 12 und zu dessen im wesentlichen sofortiger Ausgabe und Verwendung mittels der Inbetriebnahme eines Wasserhahns 14. Der Spender 10 enthält zum Kühlen eines Wasservorrats 12 auf eine angenehme erfrischende Temperatur ein erfndungsgemäß aufgebautes verbessertes Kühlsystem 16 (Fig. 2), das verhältnismäßig kostengünstig, gedrängt aufgebaut und energieeffizient ist und geräuscharm läuft.
Der im allgemeinen herkömmlich aufgebaute beispielhafte Wasserspender lo weist einen nach oben offenen Vorratsbehälter 18 auf, den ein Standgehäuse 20 trägt. Der Vorratsbehälter 18 ist zur Aufnahme und Halterung einer Wasserflasche 22 mit der Mündung nach unten eingerichtet, so daß das Wasser 12 in der Flasche 22 abwärts frei in den Vorratsbehälter 18 abfließen kann. Der Hahn 13 ist typischerweise an einer zugänglichen Stelle in einer Frontplatte 24 des Standgehäuses 20 angeordnet und läßt sich von Hand betätigen, damit das im Vorratsbehälter 18 urter der Schwerkraft ausströmen kann. Erfindungsgemäß ist der flaschengespeiste Wasserspender 10 zum Kühlen des Wasservorrats 12 mit dem verbesserten Kühlsystem 16 ausgerüstet, so daß eine Quelle angenehmen und erfrischenden Wassers zum Trinken und dergl. entsteht. Das Kühl system 16 umfaßt eine geringe Anzahl von Bauteilen und läßt sich trotz erheblicher Kühlleistung in kompakter Geometrie aufbauen. Weiterhin erfordert das erfindungsgemäße Kühlsystem 16 zum Erzielen der Soll-Kühlleistung keinerlei große Kühlkörper.
Wie in den Fig. 2 - 4 gezeigt, verwendet das erfindungsgemäße verbesserte Wasserkühlsystem 16 ein thermoelektrisches Wärmetransfermodul 26 wie das von der Fa. Borg-Warner Corporation unter der Teile-Nr. 920-31 hergestellte Modul mit Halbleitermaterialien ungleicher Dotierung (P- und N-dotierte Stoffe), die elektrisch serien- und thermisch parallelgeschaltet sind. Das Modul 26 ieht betrieblich Wärmeenergie aus dem Wasservorrat 12 im Vorratsbehälter 18 ab und überführt diese an ein umlaufendes Wärmetauschfluid. Das Wärmetauschfluid seinerseits übergibt die abgezogene Wärmeenergie an einen kompakten Wärmetauscher 28, der sie mit hohem Wirkungsgrad abführt.
Wie am besten die Fig. 3 und 4 zeigen, weist das thermoelektrische Modul eine Vielzahl von Halbleiter-Bausteinen 29 auf, die zwischen einem oberen und einem unteren Wärmetransfersubstrat 30 bzw. 32 sandwichartig eingebettet sind. Elektrische Leiter 34 sind geeignet mit den Halbleiter-Bausteinen 29 verbunden und veilaufen vom Modul 26 zu einer geeigneten elektrischen Stromquelle. In der in den Fig. 1 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Leiter 34 an ein herkömmliches Gleichrichtermodul 36 gelegt, das sich in eine herkömmliche Haus-WS-Steckdose 37 stecken läßt. Im Betrieb stellt das obere Substrat 30 die kalte Seite des Moduls dar, die die Wärmeenergie abzieht, die an das untere Substrat 32 weitergegeben wird, das also die warme Seite des Moduls darstellt.
Das thermoelektrische Wärmetransfermodul 26 ist sandwichartig zwischen eine Wärmeübergangsplatte 38 im Boden des Vorratsbehälters 38 und einen Sammelblock 40 eingefügt, durch den das Wärmetauschfluid umläuft. Insbesondere können geeignete Montageschrauben verwendet werden, um das Modul 26 zwischen der Wärmetransferplatte 38 und dem Sammelblock 40 so festzulegen, daß im Betrieb des Moduls Wärmeenergie vom Wasservorrat 12 im Vorratsbehälter 18 im Sammelblock 40 fließt.
Der Sammelblok 40 ist in einen geschlossenen Rohr-Leitungskreis 42 eingefügt, der mit einem gewählten Wärmetauschfluid 43 wie Wasser gefüllt ist. Eine ebenfalls in den Kreis 42 eingefügte Pumpe 44 läßt, wenn eingeschaltet, das Wärmetauschfluid mit verhältnismäßig schwacher Strömung umlaufen. Infolge dieses Umlaufs strömt das Fluid durch den Sammelblock 40, so daß die dem Wasservorrat entnommene Wärme mit verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad auf das umlaufende Fluid übertragen wird. Vom Sammelblock 40 strömt das Wärmetauschfluid im Kreis 42 zum Wärmetauscher 28, d.h. bspw. einer mit Lamellen versehenen Rohrschlange (vergl. Fig. 2).
Die Fig. 5 zeigt die bevorzugten Einzelheiten des Aufbaus und der Montage der Pumpe 44. Wie dargestellt, weist die Pumpe 44 einen kleinen Elektromotor 46 mit einer einzelnen Treibwelle 48 auf, die eine Ausgangs-Drehbewegung liefert. Die Treibwelle 48 steht vom Motor 46 vor und trägt ein Flügelrad 50, das in einer Pumpkammer 52 läuft, die in den Kreis 42 am Boden des Vorratsbehälter 18 eingeschleift ist. Die Welle 48 dreht das Flügelrad 50, um das Wärmetauschfluid 43 im geschlossenen Kreislauf umlaufen zu lassen, wie bereits beschrieben. Weiterhin steht die Treibwelle 48 durch eine Öffnung 54 im Boden des Vorratsbehälters in diesen hinein vor und trägt dort ein Flügelrad 56, dessen Drehung das Wasser im Vorratsbehälter in Bewegung hält und durchmischt, so daß dort eine im wesentlichen gleichmäßige Kühltemperatur erhalten bleibt. Geeignete Wellendichtuncen 58 dichten die Welle 48 vor und hinter der Pumpkammer 50 ab.
Zusätzlich steht in der bevorzugten Ausführung die Treibwelle 48 vom Motor 46 entgegengesetzt dem Vorratsbehälter ab und trägt dort ein kleines Gebläse 60 (Fig. 2), das eine konvektive Luftströmung erzeugt, die die Kühlung des Motors 46 unterstützt. Diese konvektive Luftströmung wird weiterhhin auf den Wärmetauscher 28 gerichtet, so daß sie auch die Wärmeabfuhr aus dem Fühlkreis unterstützt.
Die vorliegende Erfindung schafft folglich eine verhältnismäßig einfache, aber dennoch wirkungsvolle Kühlanordnung, mit der sich ein Wasservorrat 12 in einem flaschengespeisten Wasserspender 10 oder dergl. auf einer angenehmen, erfrischenden niedrigen Temperatur halten läßt. Alternativ läßt sich das erfindungsgemäße, mit einem geschlossenen Wärmetauschkreis arbeitende Kühlsystem zum Kühlen andersartiger Wasservorräte verwenden - bspw. des gereinigten Wassers in einem nach dem Prinzip der ungekehrten Osmose arbeitenden Wasserreinigungssystem.
Für den einschlägigen Fachmann liegt eine Anzahl von Modifikationen und Verbesserungen an der hier beschriebenen Erfindung auf der Hand. Bspw. lassen sich geeignete Wärmeregler verwenden, um das Arbeiten des Moduls 26 von der Temperatur des Wasservorrats 12 abhängig zu machen und so ein Überkühlen zu vermeiden. Weiterhin kann erwünschtenfalls die Treibwelle 48 mittels magnetischer Kupplungen mit den Flügelrädern 50, 56 gegen letztere hermetisch dicht abgeschlossen gekoppelt werden.

Claims

1. Wasserspender (10) mit

einem Gehäuse (20), das einen Vorratsbehälte (18) zur Aufnahme einem Wasservorrats (12) umschließt,

einem thermoelektrischen Wärmetransfermodul (26) mit einer warmen Seite (32) und einer kalten Seite (30) sowie eine Einrichtung (29), um Wärmeenergie von der kalten Seite (30) zur warmen Seite (32) zu übertragen,

Mitteln, um das Modul (26) mit der kalten Seite (30) in Wärmeübergangsverbindung mit dem Wasservorrat (12) im Vorratsbehälter 18) anzuordnen,

einem Wärmetauscher (28),

einem geschlossenen Umlauf-Leitungskreis (42) zwischen dem Wärmetauscher (28) und der warmen Seite (32) des Moduls, sowie

einem Wärmetauschfluid (43) im Umlaufkreis (42),

gekennzeichnet durch

eine Pumpeinrichtung (44) zum Umlaufenlassen des Wärmetauschfluids (43) in geschlossenen Leitungskreis (42), wobei die Pumpeinrichtung einen Antriebsmotor (46) mit einer Treibwelle (48), ein von der Triebwelle (48) angetriebenes erstes Flügelrad (50) zum Umlaufenlassen des Wärmetauschfluids (43) im Umlauf-Leitungskreis (42) und ein von der Treibwelle (48) angetriebenes zweites Flügelrad (56) aufweist, um das Wasser im Vorratsbehalter (18) zu durchmischen.

2. Wasserspender (10) nach Anspruch 1, bei dem das Wärmetauschfluid (43) Wasser ist.

3. Wasserspender (10) nach Anspruch 1 weiterhin mit einem Sammelblock (40), der in Wärmeübergangsbeziehung mit der warmen Seite (32) des Moduls in den geschlossenen Leitungskreis (42) eingefügt ist.

4. Wasserspender (10) nach Anspruch 1, bei dem der Wärmetauscher (28) einen Lamellen-Wärmetauscher aufweist.

5. Wasserspender (10) nach Anspruch 1 weiterhin mit einem von der Treibwelle (48) angetriebenen Luftgebläse (60), das so angeordnet ist, daß es einen über den Wärmetauscher (28) streichenden Luftstrom erzeugt.

6. Wasserspender (10) nach Anspüruch 1 weiterhin mit einem Wärmetransferelement, das auf dem Vorratsbehälter (18) in Wärmeübergangsbeziehung zwischen dem Wasservorrat (12) und der kalten Seite (30) des Moduls angeordnet ist.