DE19819008A1 - Behälter zur Bevorratung von warmen, pastösen oder flüssigen Fluiden zum menschlichen Verzehr - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Bevorratung von warmen, pastösen oder flüssigen Fluiden zum menschlichen Verzehr, mit wenigstens einem Vorratsraum, wobei der Vorratsraum mit einem Wärmespeicher in wärmeleitender Verbindung steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei solchen Behältern, die zur Bevorratung von temperierten Lebensmitteln, insbesondere zum unmittelbaren menschlichen Genuß vorgesehen sind, tritt ständig das Problem auf, daß die Lebensmittel ihren optimalen Temperaturbereich nur sehr kurzzeitig innehaben. Erfahrungsgemäß ist insbesondere Kaffee entweder zu heiß oder zu kalt. Das gleiche Problem tritt bei Milchflaschen für Säuglinge auf, bei denen die zubereitete Säuglingsnahrung zunächst zu heiß ist, dann auf die zulässige Maximaltemperatur abgekühlt werden muß und sich während des Verzehrs relativ schnell weiter abkühlt, bis sie zu kalt ist.

Ähnliche Probleme ergeben sich bei Thermosbehältern für warme Speisen sowie schließlich auch bei Säuglingsbadewannen, die aufgrund der geringen einzufüllenden Wassermenge und der üblicherweise schlechten Wärmeisolation relativ schnell auskühlen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Behälter zu schaffen, in dem das eingefüllte Fluid relativ schnell die gewünschte Temperatur erreicht und dann der gewünschte oder zulässige Temperaturbereich relativ lange gehalten wird.

Diese Aufgabe wird von einem Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Weil der Innenraum mit einem Wärmespeicher in Verbindung steht, wird dem eingefüllten Fluid zunächst Wärme entzogen, was zu einer Abkühlung des Fluids und zu einer Erwärmung des Wärmespeichers bis zum thermischen Gleichgewicht führt. Wenn das thermische Gleichgewicht erreicht ist, ist die Abkühlungsgeschwindigkeit geringer als bei herkömmlichen Behältern. So wird gewährleistet, daß sich das Fluid länger in dem gewünschten Temperaturbereich befindet.

Weil ein Wärmespeicher zur Beeinflussung der Abkühlrate von heißen Lebensmitteln eine hermetisch verschlossene äußere Hülle aufweist, die ein Speichermedium allseits umgibt, kann der Wärmespeicher beispielsweise in Kugel-, Würfel oder Zylinderform in ein herkömmliches Behältnis gegeben werden, das das heiße Lebensmittel enthält. Es stellt sich dann zunächst bis zur Verzehrtemperatur eine schnelle Abkühlrate ein, die sich dann gegenüber dem herkömmlichen Temperaturverlauf verlangsamt.

Dabei ist vorteilhaft, wenn der Wärmespeicher einen Stoff oder ein Stoffgemisch enthält, das bei einer Raumtemperatur im wesentlichen fest und bei 100°C im wesentlichen flüssig ist. Der dazwischen liegende Fest-Flüssigphasenübergang führt bei den meisten geeigneten Materialien zu keiner nennenswerten Volumenänderung, so daß innerhalb des Wärmespeichers keine Druckbelastungen auftreten.

Für das schnelle Erreichen einer Verzehrtemperatur bei Lebensmitteln ist von Vorteil, wenn der Wärmespeicher einen Fest-Flüssigphasenübergang zwischen 40° und 90°, insbesondere zwischen 60° und 80° aufweist. In diesem Bereich liegen die geeigneten Temperaturen für Getränke oder warme Speisen.

Wenn der Vorratsraum und der Wärmespeicher gegenüber der Umgebung thermisch isoliert sind, beispielsweise durch eine Vakuumisolation oder eine Schaumstoffisolation, dann wird der gesamte Wärmeinhalt nur geringfügig an die Umgebung abgegeben, so daß nach Erreichen der gewünschten Temperatur die weitere Abkühlung langsamer erfolgt.

Für den täglichen Gebrauch ist es von Vorteil, wenn der Behälter eine Tasse, eine Kanne oder eine Nuckelflasche (Babytrinkflasche) ist. Bei diesen Behältnissen tritt das beschriebene Problem besonders häufig auf.

Eine einfach zu fertigende und mechanisch stabile Ausführung ergibt sich, wenn der Vorratsbehälter und/oder der Wärmespeicher eine Wandung aus Edelstahl aufweisen. Der Wärmespeicher enthält bevorzugt eine organische Komponente mit wenigstens 5 Kohlenstoffatomen, insbesondere Palmitinsäure, Stearinsäure oder ein Gemisch aus diesen beiden Komponenten. Diese Komponenten weisen Phasenübergänge im erwünschten Bereich sowie eine große Schmelzwärme auf. Außerdem sind sie für Verwendungen im Zusammenhang mit Lebensmitteln unbedenklich.

Eine weitere Ausführungsform ergibt sich, wenn der Wärmespeicher ein Salz oder ein Metallhydroxid ist. Diese Stoffe weisen eine relativ große Schmelzwärme auf, so daß sie das Abkühlen des bevorrateten Fluids zunächst besonders schnell, dann nach Erreichen der Solltemperatur besonders langsam herbeiführen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Kaffeetasse mit Wärmespeicher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Tasse mit einem Wärmespeicher im Bodenbereich;

Fig. 2 eine Tasse mit Wärmespeicher im Bodenbereich mit größerer Wärmekontaktfläche; sowie

Fig. 3 eine Tasse mit einem Wärmespeicher im Mantelbereich des Flüssigkeitsbehälters.

In der Fig. 1 ist eine an sich isolierende Tasse 1 dargestellt, die eine äußere Wandung 2, eine innere, von der äußeren Wandung 2 beabstandete Wandung 3 sowie einen Henkel 4 aufweist. Die Innenwandung 3 umfaßt einen zylindermantelförmigen Wandteil 5 sowie einen Bodenteil 6, die zusammen einen Hohlraum 7 begrenzen. Unterhalb des Bodenteils 6 ist über die gesamte Fläche des Bodenteils 6 eine Kammer 8 angeordnet, die beispielsweise mit der Innenwandung 3 einstückig oder zusammengefügt sein kann. Die Kammer 8 enthält ein Wärmespeichermedium 9 und bildet mit diesem zusammen einen Wärmespeicher.

Die Fig. 2 zeigt eine ähnliche Tasse wie Fig. 1, bei der gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der Bodenteil 6 der Innenwandung 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel tief heruntergezogen und weist etwa den gleichen Abstand von der Außenwandung 2 auf wie der Mantelteil 5 der Innenwandung 3. Dem Innenraum 7 zugewandt ist ein Einsatz 11 vorgesehen, der mit dem Bodenbereich 6 einstückig verbunden oder zusammengefügt ist. Der Einsatz 11 enthält wiederum das Wärmespeichermedium 9.

Die Fig. 3 zeigt schließlich eine weitere Tasse 1, bei der wiederum gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern wie in den beiden vorhergehenden Figuren bezeichnet sind.

Ein zweiter Mantel 12 umgibt die Innenwandung 3 im Bereich des Bodens 6 und in einem Teil der mantelförmigen Wandung 5. An ihrer Oberseite ist sie mit der Innenwandung 3 einstückig oder stoffschlüssig verbunden. Es ergibt sich eine Kammer, die die Innenwandung 3 wie eine Hülle umgibt. Diese Kammer ist wiederum mit dem Wärmespeichermedium 9 gefüllt.

In der Praxis werden die als Ausführungsbeispiele vorgestellten Behälter zunächst auf Zimmertemperatur sein. Das Wärmespeichermedium 9 in den jeweiligen Kammern ist im festen Aggregatzustand. Nun wird ein heißes Lebensmittel, beispielsweise frischer Kaffee mit einer Temperatur von rund 90°C in die Tasse 1 eingefüllt. Über den Wandungsteil, der den Innenraum 7 von dem Wärmespeichermedium 9 trennt, geht ein Teil der thermischen Energie aus dem eingefüllten Lebensmittel in das Wärmespeichermedium 9 über und bewirkt dort, daß das Wärmespeichermedium 9 ganz oder teilweise in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Die für den Phasenübergang erforderliche Wärme wird dem eingefüllten Lebensmittel entzogen. Dies wird dadurch bei geeigneter Dimensionierung und Wärmekapazität des Wärmespeichermediums 9 relativ schnell auf die gewünschte Temperatur, bei Kaffee auf die Trinktemperatur, gebracht. Ein weiteres Abkühlen wird zunächst dadurch verhindert, daß zwischen der Innenwandung 3 und der Außenwandung 2 eine Isolation, ein Luftpolster oder gar ein Vakuum vorgesehen ist. Die Abkühlung unter die gewünschte Trinktemperatur ist schon von daher relativ langsam. Sie wird aber entscheidend verlangsamt, weil das Wärmespeichermedium 9, dessen Phasenübergang im Bereich der gewünschten Trinktemperatur stattfindet, zusammen mit dem Tasseninhalt abkühlt. Es ist nämlich temperaturmäßig durch den Wärmeübergang im Bereich des Bodens an den Tasseninhalt gekoppelt. Eine Abkühlung führt aber dazu, daß das Wärmespeichermedium 9 die zuvor aufgenommene Schmelzwärme bei dem neuerlichen Phasenübergang von flüssig nach fest an den Tasseninhalt abgibt und dort die Temperatur über eine gewisse Zeit konstant hält. Erst wenn der gesamte Wärmespeicher 9 verfestigt ist, erfolgt die Abkühlung des Tasseninhalts wieder gemäß der üblichen und bekannten Exponentialfunktion.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1, 2 und 3 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Wirkung und ihrer Bedeutung im praktischen Gebrauch. Die Tasse gemäß Fig. 1 hat einen relativ großen Wärmespeicher 9, der jedoch nur an einer Stirnfläche in wärmeleitenden Kontakt mit dem eingefüllten Medium tritt. Die Tasse 1 gemäß Fig. 1 ist jedoch von üblichen Tassen nur dadurch zu unterscheiden, daß der Boden relativ dick erscheint. Sie ist insbesondere einfach zu reinigen. Wenn die Innenwandung 3 mit dem Bodenteil und dem Mantelteil 5 einstückig ist und die Kammer 8 mit dem Wärmespeichermedium 9 von der wärmeisolierenden Seite her angesetzt ist besteht auch bei einem Leck der Verbindungsstelle zwischen der Kammer 8 und der Wandung 3 keine Gefahr, daß das Wärmespeichermedium 9 mit dem Tasseninhalt in Verbindung kommt. Bei einer solchen Ausführungsform kommen auch an sich lebensmittelunverträgliche Wärmespeichermedien in Betracht.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2, bei der der Wärmespeicher von der Innenraumseite her auf den Boden aufgesetzt ist, hat einen relativ großen Bereich für den Wärmeübergang. Dafür ist sie möglicherweise weniger leicht zu reinigen.

Die derzeit bevorzugte Ausführungsform ist in der Fig. 3 dargestellt. Hierbei ist ebenso wie in der Fig. 1 keine Gefahr gegeben, daß bei einem Leck der Verbindungsstellen zwischen der Wärmespeicherkammer und der Innenwandung 3 der Wärmespeicher mit dem Lebensmittel in Kontakt kommt. Darüber hinaus ist eine große Oberfläche als Wärmekontakt vorgesehen. Diese entspricht bei einer optimalen Ausgestaltung der üblichen Füllstandshöhe einer Kaffeetasse, so daß der gesamte Mantelbereich des Innenraums, der bei einer gefüllten Kaffeetasse mit dem Kaffee in Kontakt steht, als Wärmeübergang zu dem Wärmespeichermedium 9 benutzt wird.

Je nach Verwendungszweck kommen verschiedene Geometrien zur Anwendung. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Innenwandung die Außenwandung und die den Wärmespeicher umgebende Kammer aus Edelstahl gefertigt sind, der einen Vakuummantel umgibt. Die Materialien sind dabei vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Wandungen aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sind, das von außen nach innen zunächst eine Wärmeisolation und dann den Wärmespeicher enthält. Entsprechend können andere Behälter wie Thermoskannen, Nuckelflaschen und dergleichen ausgestaltet sein. Bei Heißgetränken ist ein Phasenübergang im Bereich von etwa 60 bis 80°C anzustreben, während bei Babynahrung ein Phasenübergang des Wärmespeichers 9 im Bereich von etwa 37 bis 40°C liegen sollte.

Claims (9)

1. Behälter zur Bevorratung von warmen, pastösen oder flüssigen Fluiden zum menschlichen Gebrauch, insbesondere zum menschlichen Verzehr, mit wenigstens einem Vorratsraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum mit einem Wärmespeicher in wärmeleitender Verbindung steht.

2. Wärmespeicher zur Beeinflussung der Abkühlrate von heißen Lebensmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß eine hermetisch verschlossene äußere Hülle vorgesehen ist, die ein Speichermedium allseits umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher als Speichermedium einen Stoff oder ein Stoffgemisch enthält, das bei Raumtemperatur im wesentlichen fest und bei 100°C im wesentlichen flüssig ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium einen Fest-/Flüssig-Phasenübergang zwischen 40°C und 90°C, insbesondere zwischen 60°C und 80°C aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum und der Wärmespeicher gegenüber der Umgebung thermisch isoliert sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine Tasse, eine Kanne oder eine Nuckelflasche ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter und/oder der Wärmespeicher eine Edelstahlwandung aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher bzw. das Speichermedium eine organische Komponente mit wenigstens fünf Kohlenstoffatomen enthält, insbesondere Palmitinsäure, Stearinsäure oder ein Gemisch daraus.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Salz oder ein Metallhydroxid ist.