-
Die
Erfindung betrifft einen mobilen, frei beweglich betreibbaren Heißwasserautomaten.
-
Es
ist im Stand der Technik bekannt, portable Kaffeemaschinen insbesondere
zum Betrieb in Fahrzeugen zu gestalten.
-
Diese
Geräte
zeichnen sich vielfach durch ihre kompakte Bauweise aus, weshalb
sie insbesondere kleine Mengen Kaffee, beispielsweise einzelne Tassen,
zubereiten können.
Ein weiteres Merkmal ist die Möglichkeit
des Anschlusses an die 12-Volt-Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise
durch Anschluss an den Zigarettenanzünder. Ansonsten entspricht
die Funktion dieser Kaffeemaschinen der gewöhnlicher Kaffeemaschinen.
-
In
der
US-Patentschrift
US 4,382,402 A ist eine portable Kaffeemaschine beschrieben,
bei der bereits wie zuvor beschrieben die benötigte Energie für den Betrieb
der Kaffeemaschine über
den Zigarettenanzünder
eines Kraftfahrzeugs entnommen werden kann. Es ist hierbei die Verwendung
von portioniertem Kaffee sowie portioniertem Wasser offenbart, welche
in die Maschine eingesetzt werden zum Aufbrühen einer einzelnen Tasse.
-
Hierbei
ist nachteilig, dass die Vorrichtung eine externe Energieversorgung
zur Aufbrühung
des Kaffees benötigt
und somit nicht als tragbare Vorrichtung anzusehen ist, die vollumfänglich frei
beweglich betrieben werden kann, sondern lediglich als teil-mobile
Vorrichtung, die dann dennoch stationär angeschlossen und betrieben
werden muss.
-
Nachteilig
bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Kaffeemaschinen bzw.
Heißwasserautomaten
ist ferner, dass diese grundsätzlich
an eine Stromversorgung angeschlossen werden müssen, beispielsweise an die
Batterie eines Kraftfahrzeugs.
-
Die
Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung vor diesem Hintergrund ist
es, einen mobilen Heißwasserautomaten
zu schaffen, der frei beweglich betrieben werden kann und dabei
die Zubereitung von Heißgetränken über einen
längeren
Zeitraum ermöglicht.
-
Gelöst wird
diese Aufgabe durch einen mobilen Heißwasserautomaten gemäß den Merkmalen des
Patentanspruches 1, der als Hauptkomponenten einen Wasserbehälter mit
Heizelement, zumindest eine Energiequelle, einen Druckluftspeicher
sowie eine mit dieser Druckluft beauf schlagbaren Wasserdruckeinheit
zur Wasserdruckerhöhung
und schließlich
eine Ausgabedüse,
z. B. eine Handdüse,
aufweist. Durch die Kombination dieser Elemente wird erreicht, dass
das für
die Zubereitung eines Heißgetränkes benötigte Wasser
im Behälter
auf eine definierte Temperatur erhitzt wird, dann zur Erzeugung des
erforderlichen Drucks in eine mit Druckluft beaufschlagte Wasserdruckeinheit
geführt
wird, dort mittels der Druckluftbeaufschlagung der benötigte Wasserdruck
eingestellt und das Brühwasser
der Ausgabedüse,
beispielsweise Handdüse,
zugeführt
wird.
-
Zweckmäßigerweise
befindet sich hier am Austritt der Ausgabedüse zum einen der Geschmacksträger, beispielsweise
ein Portionsbehältnis
für Kaffeepulver
oder einen mit Kaffeepulver gefüllten
Pad, und zum anderen ein weiteres Heizelement, um dass in der Ausgabedüse, z. B.
Handdüse, anstehende
Wasser in einer zuvor bestimmten Idealtemperatur durch den Geschmacksträger zu pressen und
so ein geschmacklich anspruchsvolles Produkt zu erhalten.
-
Der
Wasseraustritt kann dabei beispielsweise durch Knopfdruck an der
Ausgabedüse
ausgelöst werden.
-
Ziel
der Vorrichtung ist es hierbei, einen möglichst langen Betrieb des
mobilen Heißwasserautomaten
zu ermöglichen,
ohne dass diesem an einem entsprechenden Servicepunkt beispielsweise
eine neue Energiequelle zugeführt
werden muss. Hierfür ist
es in einer zweckmäßigen Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, als Energiequelle eine Kombination aus
einem Akku und einer Brennstoffzelle zu verwenden, wobei der Akku
die Energie für die
Aufheizung des Wassertanks, die Beheizung der Handdüse sowie
die elektronischen Komponenten bereit stellt, und die Brennstoffzelle
zusätzlich
zur dauerhaften und gesteuerten Aufladung des Akkus verwendet wird.
-
Hierbei
ist insbesondere von großem
Vorteil, dass durch die Verwendung einer Brennstoffzelle in hohem
Maße Energie
zur Verfügung
steht, bei gleichzeitig niedrigem Gewicht. Die Verwirklichung des
mobilen Heißwasserautomaten
setzt immer als ein Ziel voraus, dass hier eine Vorrichtung mit
einem Gewicht vorliegt, welches das Tragen des Heißwasserautomaten
am Körper
der bedienenden Person auch über einen
längeren
Zeitraum ermöglicht.
-
In
diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor,
dass der Heißwasserautomat
in Form eines Rucksacks am Rücken
der das Gerät
bedienenden Person getragen wird. Hierbei wird die Ausgabedüse, insbesondere Handdüse über einen
mit dem Heißwasserautomaten
verbundenen Schlauch vor dem Körper
der das Gerät
bedienenden Person geführt.
-
Es
ist hierbei zweckmäßig, die
eigentliche Produktwahl (Kaffee, Kakao, Brühe etc.) des Heißwasserautomaten
an der Ausgabedüse
selbst anzuordnen.
-
Als
Brennstoffzelle wird zweckmäßigerweise eine
Methanol-Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet, wobei vor dem mobilen
Betrieb des Heißwasserautomaten
diese Brennstoffzelle mit Brennstoff befüllt wird.
-
Desweiteren
ist eine Steuerung mit Sensor vorgesehen, die insbesondere die Temperatur
des Wassers im Wasserbehälter
in einem definiertem Bereich hält,
beispielsweise 95°C.
Eine weitere Temperaturerfassung erfolgt vor Austritt des Wassers
aus der Ausgabedüse,
um eine Bereitstellung des Wassers beim Austritt aus der Ausgabedüse in einer
definierten idealen Temperatur zu erreichen.
-
Es
ist hierbei relevant, dass Temperaturschwankungen zwischen Wasserbehälter und
Ausgabedüse
insbesondere dann hoch sind, wenn größere Pausen bei der Benutzung
des Heißwasserautomaten
entstehen, da das für
den Brühvorgang
verwendete Wasser im Bereich zwischen Verdichterkolben und Ausgabedüse, insbesondere
Handdüse leicht
unter den Idealwert abkühlen
kann. Aus diesem Grund ist es ein erfindungsrelevantes Merkmal,
dass zum einen die Temperatur vor Austritt erfasst und zum anderen
ein Heizelement in der Ausgabedüse bereit
gestellt wird, um so die zuvor im Wassertank anliegende Idealtemperatur
beim Austritt aus der Ausgabedüse
tatsächlich
einzustellen.
-
Vorteilhafterweise
weist die Ausgabedüse, beispielsweise
Handdüse,
an ihrem freien Heißwasseraustrittsende
eine Aufnahme auf, in welche die für die jeweiligen Heißgetränke, beispielsweise
Kaffee, Kakao, Suppengetränke
und ähnliches,
geeignete Portionsbehälter
oder auch Siebträger
einsetzbar sind.
-
Zweckmäßigerweise
ist die Aufnahme am freien Ende der Ausgabedüse als austauschbarer Aufnahmekopf
für unterschiedliche
Portionseinheiten von Kaffee und ähnlichem ausgebildet. Auf diese Weise
ist der Heißwasserautomat
grundsätzlich
für jegliche
Form der Zubereitung von Heißgetränken nutzbar,
wobei sowohl die Aufnahme von losen Geschmacksträgern, wie beispielsweise Kaffeepulver, in
austauschbaren Siebträgern
als auch die Aufnahme sogenannter Pads vorgesehen ist.
-
Zweckmäßigerweise
ist der Heißwasserautomat
mit einer weitreichenden Isolierung umgeben, da der den Heißwasserautomaten
beispielsweise auf dem Rücken
tragende Benutzer vor der sich entfaltenden Hitze geschützt werden
muss, um das Gerät am
Körper
tragen zu können.
Zudem ist eine Isolierung der vom Körper wegweisenden Bereiche
des Heißwasserautomaten
beispielsweise in Rucksackform erforderlich, um zum einen eine höhere Energieeffizienz
der gesamten Vorrichtung zu erreichen und zum anderen eine Beeinträchtigung
von dritten Personen zu vermeiden, die mit der Vorrichtung in Berührung kommen.
-
Dies
ist insbesondere von Bedeutung, da eine Anwendung des erfindungsgemäßen Heißwasserautomaten
im Rahmen von Großveranstaltungen sinnvoll
ist, in denen eine Vielzahl von Menschen zusammen kommen und somit
durch die Enge des Raumes ein Kontakt mit dem mobilen Heißwasserautomaten-Rucksack
nicht ausgeschlossen werden kann.
-
Die
Energieversorgung des mobilen Heißwasserautomaten erfolgt wie
bereits ausgeführt über eine
Kombination verschiedener Energiespeicherformen. Es ist hierbei
sowohl elektrische Energie in Form eines Akkus sowie einer Brennstoffzelle
vorteilhafterweise im mobilen Heiß wasserautomaten vorgesehen,
wobei Hochleistungsakkus sowie Brennstoffzellen neuster Generation
zum Einsatz kommen sollen. Diese zwei Energiespeichermedien bewirken in
ihrem Zusammenspiel, dass die Brennstoffzelle der Regeneration und
Ladung des Akkus sowie der Abdeckung von Spannungsspitzen im Betrieb
dient, und der Akku die grundsätzliche
Spannungsversorgung liefert, da hier die Spannung direkt abrufbar
ist.
-
Die
eigentliche Realisierung der Mobilität des Heißwasserautomaten gelingt durch
das Zusammenspiel der zuvor genannten Spannungsquellen mit einem
weiteren Energiespeichermedium, nämlich dem Drucklufttank. Dieser
Drucklufttank ist erforderlich, um den in der Regel zwischen 15
und 20 bar liegenden Brühdruck
bei der Herstellung von Heißgetränken zur
Verfügung
zu stellen.
-
Gerade
die Erzeugung des Brühdrucks
ist bei bekannten stationären
Geräten
ein sehr energieintensiver Vorgang, weshalb hier die Verwendung einer
herkömmlichen
Spannungsquelle zu einer deutlich grösseren Dimensionierung der
elektrischen Spannungsquelle führen
würde,
die es zu vermeiden gilt. Durch die Bereitstellung des Drucks mittels
der mit Druckluft beaufschlagten Druckeinheit ist der in der Spannungsquelle
vorhandene Energievorrat primär
zum Herbeiführen
der Betriebstemperatur erforderlich und kann so eine lange Betriebsdauer
von mehreren Stunden erreichen.
-
Die
für den
Betrieb des Heißwasserautomaten
benötigte
Druckluft wird über
einen austauschbaren Drucklufttank zur Verfügung gestellt, der innerhalb
des mobi len Gehäuses,
beispielsweise des Rucksacks, untergebracht ist. Es ist hierbei
grundsätzlich
variabel, welche Grösse
der Druckluftbehälter
aufweist, wobei idealerweise ein Druckluftbehälter mit einem Inhalt von 1–1,5 Litern
und einem Druck von 300 bar verwendet wird.
-
Grundsätzlich sollte
bei allen verwendeten Bauteilen auf ein geringes Gewicht geachtet
werden, weshalb auch der Drucklufttank idealerweise aus einem leichten
Verbundwerkstoff hergestellt sein sollte.
-
Als
Druckeinheit wird zweckmäßigerweise eine
Kolbenzylindervorrichtung verwendet, wobei beim Rückzug des
Kolbens das mit Druck zu beaufschlagende Heißwasser aus dem Heißwassertank durch
ein erstes Einlassventil in den Zylinderraum geführt wird und durch den anschliessenden
Kolbenhub im Zylinder im Druckniveau erhöht und durch ein zweites Auslassventil
zur Ausgabedüse
geführt
wird.
-
Das
nach diesem Verfahren mit Druck beaufschlagte Heißwasser
ist hierbei im Bezug auf die in dem Zylinderraum eingeführte Wassermenge
und den erreichten Druck lediglich abhängig von der beabsichtigten
Verwendung des Heißwassers,
wobei durchaus unterschiedliche Wassermengen und Drücke je nach
Wahl des gewünschten
Heißgetränks zur Verfügung gestellt
werden können.
Eine entsprechende Steuerungselektronik der Ventile regelt hierbei
das Ansaugen des Wassers in den Zylinderraum sowie den entsprechenden
Kolbenhub, der die gewünschte
Druckerzeugung bewirkt.
-
Die
Wasserbeheizung erfolgt in einem möglichst optimal isolierten
Bereich, um eine Minimierung des Wär meverlustes zu erreichen,
die gleichbedeutend ist mit einer höheren Energieeffizienz und
somit einer längeren
möglichen
Betriebsdauer des mobilen Heißwasserautomaten.
-
Die
Temperatur im Heißwasserbehälter wird hierbei
elektronisch so geregelt, dass mittels Temperatursensoren sowohl
ein unterer als auch ein oberer Schwellenwert der Wassertemperatur
erfasst werden. Bei Erreichen des unteren Schwellenwertes wird automatisch
eine Aufheizung des Wassers auf den oberen Schwellenwert vorgenommen,
wobei entsprechende Heizelemente Teil des Wasserbehälters sind.
-
Zweckmäßigerweise
ist ein Heizelement in Form einer Heizspirale integraler Bestandteil
des Bodens oder einer Wandung des Wasserbehälters. Die Energieversorgung
dieses Heizelementes erfolgt über
den integrierten Akku und/oder die Brennstoffzelle. Ist eine definierte
Maximaltemperatur, zweckmäßigerweise
95°C erreicht,
so schaltet sich das Erhitzungssystem wieder ab, um den Dampfdruck
innerhalb des Wasserbehälters
in einer definierten Grenze zu halten.
-
Auf
diese Weise ist gewährleistet,
dass das sich im Wasserbehälter
befindliche Heißwasser
konstant in einer idealen Betriebstemperatur gehalten wird. Grundsätzlich ist
zweckmäßigerweise
der Wärmehaushalt
des mobilen Heißwasserautomaten
so gestaltet, dass die Abwärme
der unterschiedlichen Aggregate im System verbleibt und so als Energie
erhalten bleibt.
-
In
der Ausgabedüse,
insbesondere der Handdüse
ist ebenfalls ein Temperatursensor sowie ein Heizelement vorgesehen,
um die an der Ausgabedüse
anliegende und zur Herstellung des Heißgetränkes zu verwendende Wassermenge,
beispielsweise die an der Handdüse
anstehenden letzten 300 ml Wasser auf die ideale Ausgabetemperatur
von in der Regel 93°C
aufzuheizen.
-
Hierbei
ist zu berücksichtigen,
dass durch die Führung
der aus dem Heißwassertank
entnommenen Wassermenge über
entsprechende Schlauch- bzw. Rohrverbindungen in die Druckeinheit
bzw. die Zylinderkammer, und die anschließende Komprimierung sowie Weiterleitung
des Wassers in den das Wasser der Ausgabedüse zuführenden Schlauch eine Abkühlung des
Heißwassers
unter den idealen Temperaturwert erfolgt. Zudem muss beachtet werden,
dass sich das Wasser permanent im System befindet, das heißt, je nach
zeitlichem Abstand zwischen dem letzten und dem aktuellen Brühvorgang kann
sich das Wasser unterschiedlich stark abkühlen, weshalb eine abschliessende
Aufheizung auf die Idealtemperatur zum Erreichen eines befriedigenden Heißgetränks sinnvoll
ist.
-
Es
ist desweiteren zweckmäßig, eine
elektronische Steuerungseinheit zur programmierten Steuerung der
einzelnen Komponenten des mobilen Heißwasserautomaten vorzusehen,
die die gemessenen Werte der Sensoren in der Handdüse, der Druckeinheit
sowie dem Heißwassertank
der Brennstoffzelle und an weiteren Stellen des Systems aufnimmt
und verarbeitet. Es wird hierbei zum einen der Ist-Zustand der Energiequellen
wie des Drucklufttanks, der Brennstoffzelle und des Akkus sowie
zum anderen die Füll stände im Wassertank
und die Temperaturen im gesamten System erfasst und zur Steuerung
verwendet.
-
So
wird hierdurch zum Beispiel eine Überhitzung des Gesamtsystems
vermieden, die Sicherheitsprobleme bewirken könnte. Desweiteren wird der
Status des Systems erfasst, um entsprechend durch das Auffüllen beispielsweise
des Heißwassertanks
oder den Austausch des Drucklufttanks den Heißwasserautomaten in einem funktionsfähigen Zustand
zu erhalten.
-
Darüber hinaus
soll die Steuerungseinheit die eigentliche Abgabe des Heißwassers
im Bezug auf dessen Temperatur, Menge und Druck, je nach angestrebtem
Produkt steuern.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des Heißwasserautomaten
sieht neben dem Bereiten von Heißwasser zudem eine Milchaufschäumung vor,
um spezielle Kaffee- und Kakaogetränke zubereiten zu können. Es
werden hierbei die bereits zuvor genannten Energiequellen Druckluft
sowie elektrische Spannung auch für die Bereitung des Milchschaumes
verwendet, wobei hier getrennte Systeme für die Aufnahme, Weiterleitung,
Zubereitung und Abgabe der Milch vorzusehen sind aufgrund lebensmittelhygienischer
Vorgaben.
-
Zur
weiteren Aufwertung des erfindungsgemäßen Heißwasserautomaten, der zweckmäßigerweise
im Form eines Rucksacks vom Benutzer getragen wird, ist eine Bild-
und Tonwiedergabeeinheit an der äußeren Verkleidung
des Ruck sacks vorgesehen, die zu Werbezwecken entsprechende Programme
wiedergeben kann.
-
Die
Erfindung betrifft neben der beschriebenen Vorrichtung auch ein
diesbezügliches
Verfahren zur mobilen Heißwasserzubereitung.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
läuft hierbei
so ab, dass Heißwasser
in einem entsprechenden Heißwassertank
mit Hilfe zumindest eines Heizelementes und dieses Heizelement mit
Spannung versorgender Energiequellen in eine definierte Ausgangstemperatur
gebracht wird, dieses Heißwasser zu
Erzeugung des erforderlichen Betriebsdrucks einer Druckeinheit zugeführt und
in dieser durch Beaufschlagung mit Druckluft verdichtet wird, und
schließlich
das derart erhitzte und im Druck erhöhte Wasser einer Handdüse zugeführt wird,
in der nochmals eine Aufheizung auf die ideale Betriebstemperatur
vorgenommen und das Heißwasser
ausgegeben wird.
-
Zweckmäßigerweise
sieht das Verfahren hierbei vor, dass die Druckerhöhung des
Heißwassers
in einer Druckeinheit basierend auf einem Zylinder mit einem beweglichen
Kolben und entsprechenden Einlass- und Auslassventilen erfolgt.
Hierbei wird die Bewegung des Kolbens erfindungsgemäß durch die
Beaufschlagung mit Druckluft bewirkt, die in einem entsprechenden
Druckluftbehälter
dem Verfahren zur Verfügung
steht.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand zweier Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigen
-
1 eine
schematische Zeichnung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Heißwasserautomaten;
-
2 eine
Skizze einer den erfindungsgemäßen Heißwasserautomaten
in Form eines Rucksacks tragenden Person.
-
In 1 sind
die wesentlichen erfindungsrelevanten Bauteile des erfindungsgemäßen Heißwasserautomaten
in einer Zusammenschau dargestellt. Hierbei ist zentral der Heißwassertank 1 als
größtes Bauteil
mit der Brennstoffzelle 2 sowie dem Akku 3 angeordnet.
Von diesem Wassertank ausgehend führt eine Leitungsverbindung
in den Zylinderraum 4 der Druckeinheit 5.
-
Im
Zylinderraum 4 ist verschiebbar geführt ein Kolben 6 angeordnet,
der auf seiner Unterseite durch die im Druckluftbehälter 7 gespeicherte
Druckluft beaufschlagt wird. Hierfür ist eine Leitungsverbindung
vom Druckluftbehälter 7 zum
Zylinder 4 vorgesehen.
-
Nach
Komprimierung des Heißwassers
im Zylinderraum auf den angestrebten Betriebsdruck wird es durch
ein Auslaßventil
und eine Leitungsverbindung zur Ausgabedüse, beispielsweise einer Handdüse 8 gegeben,
in der weitere Heizelemente 9 angeordnet sind. Am freien
Ende 10 der Handdüse 8 ist
der Austritt des heißen
Wassers, weshalb an dieser Stelle eine Aufnahme für beispielsweise
Kaffeepulver beinhaltende Pads vorgesehen ist.
-
Die
Ausgabe des Wassers an der Ausgabedüse 8 erfolgt in bekannter
Weise z. B. per Knopfdruck.
-
Desweiteren
dargestellt ist eine Steuereinheit 11, die das Zusammenwirken
der verschiedenen Bauteile steuert, die Temperaturzustände innerhalb des
Heißwasserautomaten
erfasst und regelt sowie den Istzustand der Energiespeicher Druckluftbehälter, Brennstoffzelle
und Akku wie auch den Füllgrad des
Wasserbehälters überwacht.
Schließlich
regelt die Steuereinheit die Parameter Wassermenge, Wasserdruck
und Wassertemperatur je nach Wahl des herzustellenden Heißgetränkes.
-
2 zeigt
in schematischer Darstellung eine den erfindungsgemäßen Heißwasserautomaten tragende
Person, wobei hier die Ausführungsform der
Erfindung ein Rucksack ist. In dieser zweckmäßigen Bauform ist der den Heißwasserautomat
beinhaltende Rucksack kombiniert mit einer Tragevorrichtung, die
vor dem Körper
der den Heißwasserautomaten-Rucksack
tragenden Person angeordnet ist. Diese Tragevorrichtung dient hierbei
der Aufnahme von Trinkgefäßen, um
die Zubereitung der Heißgetränke sicher
durchführen
zu können.
Die Figur verdeutlicht zudem eine optisch ansprechende bauliche Gestaltung
des Heißwasserautomaten-Rucksacks.