JP2008514892A - 食品冷却装置 - Google Patents

Abstract

食品、特に水系飲料を冷却するための装置であって、相転移材料を含んだ蓄冷体（６）を有する冷却装置に関する。冷却すべき水系液体用の管路（８）が蓄冷体（６）内に挿通され、更に蓄冷体（６）から熱を排出するための機構（２）を備えている。かかる装置を一層安価、簡単、かつ効率的に製造可能とすべく、膨張黒鉛と２７３Ｋ以上で固液相転移点を通過する相転移材料とからなる複合材料で蓄冷体（６）を構成することを提案する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前文に述べた種類の食品、特に水系飲料の冷却装置に関する。

かかる装置が独国特許第１９８５５２１４号明細書で公知である。公知装置の１実施例では、蓄冷体をアイスバンクの形態で設けており、該アイスバンクを、冷却材を介してペルチェ板構造群の冷側で冷却している。冷却すべき飲料はアイスバンクの周囲又は内部を通る。氷水の熱伝導率、従ってアイスバンクの熱伝達特性は、例えば銅ウール又は銅片等の良好な導体をその容積内に分散させることで改善できる。食品又は飲料を氷で冷却することは一般的であるが、決定的欠点を有する。主要な欠点は氷の熱伝導率が低いことにある。銅材料の混和は、一方で高価であり、他方で例えば銅片が重力に起因して、またアイスバンクの部分的溶解時に下側領域に溜り、上側領域では希薄になる虞がある。氷の他の欠点は、従来は甘受されたことであるが、氷から水への相転移温度が不適当であり、従来は常に、水系飲料も凍結する危険があり、支出を要する制御技術によって回避せねばならなかった。確かにこの刊行物は蓄冷体としての共晶塩又はアルミニウムブロックの使用にも触れているが、特にその固液相転移点温度による共晶塩の特殊な選択は述べていない。

管形又はプレート形熱交換器としての工業的応用について欧州特許第９１４３９９号明細書により公知の複合材料では、圧縮した膨張黒鉛に相転移材料を含浸している。黒鉛は熱導体として働き、更に、多種多様な相転移材料を受容できる。相転移材料としてパラフィンが、しかし好ましくは水／氷が利用できる。

工業的、産業的分野では一般に圧縮冷凍設備又は吸収冷凍設備が汎用されるが、比較的大きな寸法と高い製造費が家庭分野での利用に妨げとなる。このため、冷却した飲用水を低い価格で、特に家庭用小型機器の分野で提供する上でペルチェ素子が採用され、２つの異なる電気導体に電圧を印加することで一方の側が加熱され、他方の側が冷却される。

家庭分野で応用時に冷却した飲用水を周期的に提供することは、ペルチェ素子の熱出力が低いので、例えば夜間段階の間の効率的蓄冷を、ペルチェ貫流冷却の能力に関する決定的基準とする。

このような冷却の最も単純な態様が、例えば独国特許発明第２９９１０８２０号明細書に開示されており、そこでは密閉水槽がペルチェ素子によって所望の温度に冷却され、連続して流れる水が、冷却された水の相応する部分を補う。その際蓄冷のために水槽内の水の比熱容量のみが利用可能なので、僅かな能力用に大きな容積が必要である。

これに関して米国特許第５５４４４８９号明細書では、冷却すべき水の溶融エンタルピーを利用することによる能力向上を開示している。このためペルチェ素子の冷側において水槽の内部で氷を作り、これにより蓄冷体のエネルギー密度を著しく高める。

しかし両方の前記装置には、飲用水法上の許可に関して水槽内の溜り水による高い雑菌負荷が予想されることが妨げとなっている。この点に関する救済策を欧州特許第０７７７０９０号明細書は、米国特許第５５４４４８９号明細書とは実質的に異なり、螺旋管内の冷却されるべき飲用水を氷冷却式水槽内に通し、それと共に直接的接触を回避することで提供する。このような装置の空間的寸法に関する問題点は、氷を充填された空間をもはや飲用水螺旋管用に利用できないことである。

ペルチェを基礎とした公知の全ての貫流冷却は、ペルチェ素子の効率が低く、効率は主として冷側と暖側との間の温度差によって決まると言う基本的な問題を含む。暖側は相応する冷却体とファンとの利用によって基本的に問題がなく、技術的に解決されているのに対し、冷側は従来未解決の問題となっている。利用する蓄冷材の固有熱伝導率（水の固有熱伝導率＝約０．５７Ｗ／（ｍＫ）、氷の固有熱伝導率＝約２．２Ｗ／（ｍＫ））が低いので、温度差が増大し、それとともに効率が低下する。

本発明の課題は、簡単かつ安価に製造可能であり、高い冷却能力を有し、食品、特に水系飲料を冷却するための装置を提供することである。

この課題は、請求項１に示す特徴によって解決される。

本発明に係る構成によって、特に家庭又はレストラン内の小型機器にとって価値の高い解決となる食品、特に水系飲料を冷却するための装置が初めて提供される。膨張黒鉛と２７３Ｋ以上、即ち水の凍結温度、好ましくは水の氷点より数℃（１０℃迄）上でその固液相転移点を通過する相転移材料とからなる本発明により使用される蓄冷体により、極めて効率的な蓄冷体が提供され、この蓄冷体は一方で黒鉛によって良好な熱伝導率を有し、それと共に比較的迅速な急速冷却をもたらし、他方で、複雑な制御技術なしでも水系飲料が凍結して氷塊を形成する虞のない相転移材料を含有する。更に、一方で良好な性能にとり必要な蓄冷体寸法が低下し、他方で包括的制御装置用のスペースと費用を節約できる。

両方の措置により、食品、特に水系飲料の冷却時の要求条件に本発明に係る装置は最適に適合し得る。

有利な諸構成は従属請求項に示す。

蓄冷体で吸収する熱を排出すべくペルチェ素子を設けるとよく、ペルチェ素子はこれに加えて、管路内を流れる液体を殺菌のためペルチェ素子の電圧源の転極により加熱可能である利点を有する。ペルチェ素子は極めて安価である。ペルチェ素子の熱出力が比較的僅かなため、膨張黒鉛を有する極めて効率的な蓄冷材料によって、特に装置の停止時間中、例えば夜間に蓄冷体を「充填」できる可能性がある場合、あまり重大とはならない。

しかしペルチェ素子の代わりに通常の冷蔵庫技術、例えば吸収器技術や圧縮機技術も、蓄冷体の「充填」に利用できる。例えば蓄冷体を従来の冷蔵庫に一体化し、例えば冷凍室領域において有効かつ効率的な急速冷却用に冷蔵庫を装備拡充するのにそこで利用するか又は急速貫流冷却の過程で飲料、例えば中央給水部からの水を冷蔵庫の内部又は表面で放出するのに使用するかのいずれかとすることが考えられる。

しかし基本的に本発明は、周期的負荷又は変動する冷却出力需要において、僅かな空間的寸法で高い冷却能力を安価に提供せねばならない場合でも常に有効に利用できる。

飲用水を送る管ジオメトリ用に容器全体が利用可能であるように、本発明では水の氷点又はそれより数℃上で相転移点を通過する材料を蓄冷材として利用する。これに基本的に適するのは塩の水和物、共晶混合物およびパラフィンである。ペルチェ素子の効率を高めるべく、蓄冷材を膨張黒鉛と混合し、もって熱伝導率を１５０倍迄高めることができる。

本発明は更に冷却容器を構成するのに適しており、蓄冷体は冷却容器の断熱壁又は内部空間に一体化可能であり、内部空間は蓄冷体により完全に満たし得る。こうして本発明に係る装置により、例えば安価に入手可能な市販の冷蔵庫の装備を変更し得る。

本発明は、例えば冷却容器内で飲用水を放出するための急速冷却機構としても利用可能である。本発明は特に放出機構用にも適し、ハウジングの内部空間内に飲料源、例えばビール樽を受容できる。蓄冷体は内部空間内でも放出管路ででも有効に機能する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。

図１に示す本発明の食品冷却装置は円筒形容器１を有し、該容器は挿入された管路を螺旋管８の態様で有し、この螺旋管は冷却すべき水系液体を入口５から出口４へと通過させる。冷却すべき液体は冷却すべき飲料、好ましくはガス（二酸化炭素および／又は酸素）を混加し又は混加しない水の何れかであってよく、水は水源、好ましくは中央給水部、局所給水部から到来する。液体は冷却材であってもよいが、好ましくはやはり水であり、中央給水部から到来し、しかし別の個所で食品又は飲料を冷却するのに役立つ。

容器１に充填する蓄冷体６は、膨張黒鉛と２７３Ｋ以上で相転移を通過する材料とからなる複合材料を含有し、相転移点は水の氷点より好ましくは数℃（１０℃迄、好ましくは３〜５℃）上である。

相転移材料として、その相転移特性が既知の塩とパラフィンが特に適している。図示実施例において黒鉛は注入可能な顆粒として存在し、相転移材料が含浸されている。蓄冷体６から、好適な機構によって、螺旋管８内の液体から吸収された熱が再び奪われる。図示実施例で機構は、その冷側で蓄冷体６と緊密に接触したペルチェ素子２である。ペルチェ素子２の高温側は熱搬出装置３を備えている。この装置３はあらゆる好適な装置とすることができ、特に、ペルチェ素子において普通に利用される送風機である。更に、場合によっては管路８内を流れる液体を殺菌のため加熱できるように、ペルチェ素子２を転極するための措置を講じておくことができる。

熱伝導を改善するため、ペルチェ素子２を取付ける容器１の個所は良伝熱性材料、特に金属素材からなる。

更に、複数のペルチェ素子を設けてもよい。

図３〜５は本発明に係る食品冷却装置の他の実施例を示す。この装置は以下の述べる細部の点で図１、図２の実施例と相違する。図３の装置も容器１を含むが、この実施例で容器は長方形である。しかし第１実施例と同じく円筒形でもよい。容器１内に収容した蓄冷体６はこの場合板状膨張黒鉛からなり、該黒鉛を既に図１で説明したのと同じ相転移材料で含浸している。蓄冷体は積層構造を持ち、黒鉛材料の板は、好適に成形され布設された管路の層状配置７と交互している。しかし管路の水出口４と水入口５が再び容器１から突出している。層状配置７は例えば図４の蛇行状管路ジオメトリ９又は図５の螺旋状管路ジオメトリ１０を含み得る。各管路層７は図示しない方法で供給部と排出部が隣接管路層と結合しており、最初の管路層と最後の管路層は水出口４又は水入口５と結合している。

管路層は管として布設するか又は異形板の態様に構成するかのいずれでもよく、好ましくは２つの板は管路横断面の半分の大きさの相応する窪みを鏡像対称に備え、板は引き続き互いに重ねて固着され、窪みは補足し合い、周面側で密閉された連続通路となる。管も異形板も良熱伝導性材料、例えば金属からなる。管路８、９又は１０は好ましくは直径が３〜１１ｍｍ、特に４〜１０ｍｍである。それは、この直径の場合、給水管路網から平均して供給される水圧（１．５〜４．５×１０⁵Ｐａ）と合せて、菌生成に対抗する強い流れが生じ、水圧は場合によってポンプ又は減圧器によって、僅かに変動するだけの一定した圧力（±０．５×１０⁵Ｐａ）に調整できるからである。

図３〜５による層状配置は、好ましくは管路層と黒鉛板との圧縮によって製造され、その結果層間に特別緊密な熱伝達接触がもたらされる。

この実施例でも、蓄冷体「充填」機構６は前記ペルチェ素子２を含み、該ペルチェ素子２は黒鉛板の面法線がペルチェ素子２の面と平行に向くように配置されているとよい。

図１〜５の実施例では、冷却装置を携帯可能なユニットとして構成している。このため本発明に係る装置は必要な何れの場所にも、場合によっては追加的にでも、組み込み可能である。必要なのは、水入口５と水出口４を水源、例えば局所飲用水源に接続することだけである。しかし場合によっては、本発明に係る装置をペルチェ素子なしに蓄冷装置として構成し、蓄冷体を「充填」するのに別の技術を使用することもできる。

蓄冷体は例えば従来の冷蔵庫、例えば吸収器型又は圧縮機型冷蔵庫の冷却集合体であってよい。この例を図６に示す。図６に示す従来の冷蔵庫１１は独自の冷却集合体１２を備えている。冷蔵庫１１に一体化された本発明にかかる蓄冷体６は蓄冷装置として構成している。蓄冷体６は、図６に示す如く、冷蔵庫１１の内部空間１３内のいずれかに、場合によっては追加的にでも、収容できる。図示実施例では、蓄冷体を扉１４と反対側の後側領域に収容している。しかし蓄冷体６は壁１５（床および扉１４の上側カバーを含む）又は中間床等のいずれかに収容してもよい。

蓄冷体６は水系液体を案内する管路８を備えている。水入口５は飲用水網に接続されており、好ましくは、例えば従来の給水栓のバルブ５ａを介して脱離可能である。水出口４は図示しない放出部へ案内できる。

しかしペルチェ素子は、ここで冷蔵庫１１の冷却集合体１２の機能を果たす。蓄冷体６は、図示したように内部空間１３の一部にのみ設けてもよいが、内部空間１３全体を満たし得る。最後の変更態様は特別安価に製造可能な飲料冷却装置を提供し、管路は蓄冷体６で満たされた全内部空間内に通される。

本発明に係る装置の第１実施例の略図である。 図１の平面図である。 本発明に係る装置の他の実施例の略図である。 第１管路配置を図３のＡ‐Ａ断面で示す図である。 第２管路配置を図３のＡ‐Ａ断面で示す図である。 冷蔵庫技術を使用した本発明に係る装置の略図である。

符号の説明

１ 容器、２ ペルチェ素子、３ 装置、４ 出口、５ 入口、６ 蓄冷体、７ 管路層、８〜１０ 管路、１１ 冷蔵庫、１２ 冷却集合体、１３ 内部空間、１４ 扉、１５ 壁

Claims (12)

1. 食品、特に水系飲料を冷却するための装置であって、相転移材料を含有した蓄冷体と蓄冷体から熱を排出するための機構とを有し、冷却すべき水系液体用の管路が蓄冷体内に挿通されているものにおいて、蓄冷体（６）が膨張黒鉛と２７３Ｋ以上で固液相転移点点を通過する相転移材料とを含有することを特徴とする装置。
2. 蓄冷体（６）が、相転移材料を含浸され注入された黒鉛顆粒を含有することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 相転移温度が最高で１０℃である相転移材料が装入されたことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 相転移温度が０〜１０℃である相転移材料が装入されたことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
5. 熱排出機構がペルチェ素子（２）を含むことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
6. 管路（８、９、１０）内を流れる液体が殺菌のためペルチェ素子（２）の電圧源の転極によって加熱可能であることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 熱排出機構が吸収器および／又は蒸発器と冷蔵庫との集合体（１２）を含むことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
8. 取扱い可能なユニットとして少なくとも１つの蓄冷体（６）を含む蓄冷装置としての構成を特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。
9. ユニットが熱排出機構を含むことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 管路（８、９、１０）が飲料源に接続され、放出機構に通じることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の装置。
11. 管路（８、９、１０）が中央給水部に接続可能であることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の装置。
12. 断熱壁（１５）を備えたハウジングを有する冷却容器（１１）として構成され、蓄冷体（６）と管路（８、９、１０）が冷却容器（１１）の壁（１５）および／又は内部空間（１３）に一体化されたことを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の装置。

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