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DE102020103135A1 - Vorrichtung mit einem Wärmeleiter aus einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Vorrichtung mit einem Wärmeleiter aus einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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DE102020103135A1
DE102020103135A1 DE102020103135.1A DE102020103135A DE102020103135A1 DE 102020103135 A1 DE102020103135 A1 DE 102020103135A1 DE 102020103135 A DE102020103135 A DE 102020103135A DE 102020103135 A1 DE102020103135 A1 DE 102020103135A1
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liquid
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David MAINKA
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Grohe AG
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Grohe AG
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Abstract

Vorrichtung (1) zum Kühlen einer Flüssigkeit, zumindest aufweisend:- einen Flüssigkeitstank (2) zur Aufnahme einer Flüssigkeit,- eine Kühlmittelleitung (3) für ein Kühlmittel, wobei die Kühlmittelleitung (3) den Flüssigkeitstank (2) zumindest teilweise umgibt, und- einen Wärmeleiter (4) zum Leiten von Wärme zwischen der Flüssigkeit und dem Kühlmittel, wobei der Wärmeleiter (4) zumindest teilweise aus einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff besteht.Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zum Kühlen einer Flüssigkeit angegeben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Kühlen der Flüssigkeit. Die Vorrichtung dient insbesondere der Bereitstellung gekühlter Getränke.
  • Bekannt sind Vorrichtungen, mit denen in einem Flüssigkeitstank bzw. Karbonatortopf (trinkbare) Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Leitungswasser, unter hohem Druck mit Kohlendioxid (CO2) versetzt und gekühlt werden. Dieses sogenannte Karbonisieren von Flüssigkeiten dient insbesondere der Erhöhung eines Erfrischungseffekts durch die Stimulation von Geschmackssinneszellen beim Trinken. Die karbonisierte Flüssigkeit kann anschließend in ein Glas oder einen Behälter abgefüllt werden. Hierzu kann die gekühlte und karbonisierte Flüssigkeit von dem Karbonatortopf über eine Entnahmeleitung, beispielsweise über eine Sanitärarmatur, zugeführt werden, über die die Flüssigkeit entnehmbar ist. Zur Kühlung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitstank kann der Flüssigkeitstank von einer Kühlmittelleitung spiralförmig umgeben sein, die einen Verdampfer einer Kompressionskältemaschine bildet. Um einen Wärmeübergang zwischen dem Verdampfer und dem Flüssigkeitstank sicherzustellen, ist der Flüssigkeitstank und die Kühlmittelleitung durch einen Aluminiumblock umgeben, der einen Wärmeleiter darstellt. Dieser hat jedoch den Nachteil, dass er das Gewicht und die Kosten der Vorrichtung deutlich erhöht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit anzugeben, die sich durch ein geringes Gewicht und niedrige Kosten auszeichnet. Zudem soll auch ein Verfahren angegeben werden, durch das eine derartige Vorrichtung mit geringem Gewicht und geringen Kosten herstellbar ist.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt eine Vorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit bei, die zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
    • - einen Flüssigkeitstank zur Aufnahme einer Flüssigkeit,
    • - eine Kühlmittelleitung für ein Kühlmittel, wobei die Kühlmittelleitung den Flüssigkeitstank zumindest teilweise umgibt, und
    • - einen Wärmeleiter zum Leiten von Wärme zwischen der Flüssigkeit und dem Kühlmittel, wobei der Wärmeleiter zumindest teilweise aus einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff besteht.
  • Die Vorrichtung ist insbesondere für eine Zapfvorrichtung, wie zum Beispiel eine Sanitärarmatur, verwendbar bzw. mit einer solchen verbindbar. Solche Sanitärarmaturen dienen insbesondere der bedarfsgerechten Bereitstellung eines Mischwassers an einer Zapfstelle, einem Spülbecken und/oder einem Waschbecken. Hierzu ist der Sanitärarmatur beispielsweise ein Kaltwasser mit einer Kaltwassertemperatur und ein Warmwasser mit einer Warmwassertemperatur zuführbar. Die Kaltwassertemperatur beträgt insbesondere maximal 25 °C (Celsius), bevorzugt 1 °C bis 25 °C, besonders bevorzugt 5 °C bis 20 °C und/oder die Warmwassertemperatur insbesondere maximal 90 °C, bevorzugt 25 °C bis 90 °C, besonders bevorzugt 55 °C bis 65 °C. Das Kaltwasser und das Warmwasser sind anschließend durch die Sanitärarmatur beispielsweise mittels eines Mischventils oder einer Thermostatkartusche zu einem Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur mischbar. Zusätzlich kann mit der Sanitärarmatur eine durch die Vorrichtung gekühlte und/oder karbonisierte Flüssigkeit zapfbar sein.
  • Hierzu weist die Vorrichtung einen Flüssigkeitstank zur Aufnahme der Flüssigkeit auf. Der Flüssigkeitstank kann einen Aufnahmeraum mit einem Fassungsvermögen für die Flüssigkeit von beispielsweise 1l (Liter) bis 10 I umfassen. Bei der Flüssigkeit kann es sich insbesondere um (Leitungs-)Wasser handeln. Der Flüssigkeitstank ist zumindest teilweise von einer Kühlmittelleitung für ein Kühlmittel umgeben. Bei dem Kühlmittel kann es sich beispielsweise um Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), Ammoniak (NH3), Kohlendioxid (CO2) oder Kohlenwasserstoffe handeln. Die Kühlmittelleitung ist insbesondere in einen Kühlmittelkreislauf einer Kompressionskältemaschine einbindbar bzw. an einen solchen Kühlmittelkreislauf anschließbar und kann in diesem einen Verdampfer darstellen. Durch das Verdampfen des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung ist die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitstank kühlbar. Zudem weist die Vorrichtung einen Wärmeleiter zum Leiten von Wärme von der Flüssigkeit zum Kühlmittel auf. Der Wärmeleiter besteht zumindest teilweise aus einem Bornitrid (BN) enthaltenen Kunststoff. Bei dem Kunststoff handelt es sich insbesondere um ein Polymer oder Polymermaterial, beispielsweise in Form eines Thermoplasts. Insbesondere besteht der Wärmeleiter zumindest teilweise aus dem Polymer bzw. dem Polymermaterial, das zumindest teilweise mit einem Bornitridfiller bzw. -füllstoff kombiniert ist.
  • Bornitrid ist eine Bor-Stickstoff-Verbindung und besitzt eine Wärmeleitfähigkeit, die mit Kupfer vergleichbar ist. Das Bornitrid kann einen Anteil an der Masse des Wärmeleiters von 70 % bis 80 %, bevorzugt (circa) 75 % aufweisen. Der mit beispielsweise (circa) 75 % Bornitrid angereicherte Kunststoff bzw. Polymer kann Wärmeleitwerte von insbesondere bis zu 15 W/m·K (Watt pro Meter und Kelvin) aufweisen.
  • In der Mischung mit dem Kunststoff wird eine Leitfähigkeit des Wärmeleiters von über 10 W/(m*K) (Watt pro Meter mal Kelvin) erreicht. Durch den Wärmeleiter ist somit ein guter Wärmeübergang bzw. Kälteübergang zwischen der Flüssigkeit und dem Kühlmittel erzielbar. Zudem sinkt das Gewicht der Vorrichtung und dessen Herstellungskosten.
  • Das Bornitrid kann als Füllstoff in dem Kunststoff enthalten sein. Ein Füllstoff ist ein unlöslicher Zusatzstoff, der die Eigenschaften eines Grundmaterials ändern kann, wenn er in einem hohen Gehalt dem Grundmaterial zugegeben wird.
  • Der Flüssigkeitstank oder die Kühlmittelleitung können zumindest teilweise von dem Kunststoff umgeben sein.
  • Der Kunststoff kann den Flüssigkeitstank und die Kühlmittelleitung als Block umgeben. Der Block kann eine massive Komponente darstellen und/oder zumindest teilweise eine Außenkontur der Vorrichtung bilden. Weiterhin kann der Kunststoff den Flüssigkeitstank und die Kühlmittelleitung von zumindest zwei oder drei Seiten umgeben.
  • Die Kühlmittelleitung kann den Flüssigkeitstank zumindest teilweise spiralförmig umgeben. Dies kann bedeuten, dass die Kühlmittelleitung zumindest teilweise spiralförmig um eine Außenwand des Flüssigkeitstanks gewickelt ist. Die Kühlmittelleitung kann den Flüssigkeitstank insbesondere (direkt) kontaktieren.
  • Der Flüssigkeitstank kann zumindest teilweise durch eine Flüssigkeitsleitung für die Flüssigkeit umgeben sein, wobei die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung durch das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung kühlbar ist. Die Flüssigkeitsleitung kann insbesondere eine Flüssigkeitsquelle, beispielsweise ein öffentliches Wasserversorgungsnetz, mit dem Aufnahmeraum des Flüssigkeitstanks verbinden. Zudem kann die Flüssigkeitsleitung den Flüssigkeitstank und/oder die Kühlmittelleitung (direkt) kontaktieren. Die durch die Flüssigkeitsleitung strömende Flüssigkeit ist durch das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung kühlbar, sodass die in den Aufnahmeraum des Flüssigkeitstanks strömende Flüssigkeit vorgekühlt ist.
  • Die Flüssigkeitsleitung kann in den Flüssigkeitstank münden. Insbesondere kann die Flüssigkeitsleitung direkt in den Flüssigkeitstank münden oder ein Flüssigkeitsauslass kann über eine Verbindungsleitung, wie zum Beispiel eine Schlauchleitung, mit dem Aufnahmeraum des Flüssigkeitstanks verbunden sein.
  • Die Flüssigkeitsleitung kann den Flüssigkeitstank zumindest teilweise spiralförmig umgeben. Insbesondere kann die Flüssigkeitsleitung zumindest teilweise spiralförmig um eine Außenwand des Flüssigkeitstanks und/oder zumindest teilweise spiralförmig um die Kühlmittelleitung gewickelt sein. Weiterhin kann die Flüssigkeitsleitung zwischen den einzelnen Wicklungen der Kühlmittelleitung gewickelt sein und/oder zumindest teilweise parallel zu der Kühlmittelleitung verlaufen.
  • Die Flüssigkeitsleitung kann zumindest teilweise parallel zu der Kühlmittelleitung verlaufen.
  • Einem weiteren Aspekt folgend wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist:
    1. a) Bereitstellen einer Gießform;
    2. b) zumindest teilweises Anordnen eines Flüssigkeitstanks und einer Kühlmittelleitung in der Gießform; und
    3. c) zumindest teilweises Umspritzen des Flüssigkeitstanks mit einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff.
  • Das Verfahren dient insbesondere der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen der Flüssigkeit.
  • In Schritt a) wird eine Gießform bereitgestellt, bei der es sich insbesondere um ein Spritzgusswerkzeug handeln kann.
  • Anschließend oder später wird in Schritt b) der Flüssigkeitstank mit der Kühlmittelleitung, und gegebenenfalls der Flüssigkeitsleitung, in der Gießform angeordnet.
  • In Schritt c) werden der Flüssigkeitstank, die Kühlmittelleitung und gegebenenfalls die Flüssigkeitsleitung zumindest teilweise mit dem Bornitrid enthaltenen Kunststoff umspritzt. Der Wärmeleiter der Vorrichtung wird somit durch ein Spritzgussverfahren hergestellt.
  • Für weitere Einzelheiten wird auf die erfindungsgemäße Vorrichtung verwiesen.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigt beispielhaft und schematisch:
    • 1: eine Vorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit.
  • Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung, die sich hier in einer Gießform 7 befindet. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Flüssigkeitstank 2, der einen Aufnahmeraum 8 für eine Flüssigkeit umgibt. Der Flüssigkeitstank 2 ist durch einen hier nicht gezeigten Deckel verschließbar. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine Kühlmittelleitung 3 mit einem Kühlmitteleinlass 9 und einem Kühlmittelauslass 10. Die Kühlmittelleitung 3 verläuft spiralförmig um den Flüssigkeitstank 2 und ist in einen Kühlmittelkreislauf einer Kompressionskältemaschine einbindbar. In dem Kühlmittelkreislauf ist das Kühlmittel der Kühlmittelleitung 3 über den Kühlmitteleinlass 9 von einem hier nicht gezeigten Kondensator zuführbar und über den Kühlmittelauslass 10 zu einem hier ebenfalls nicht gezeigten Kompressor der Kompressionskältemaschine führbar. Die Kühlmittelleitung 3 stellt in dem Kühlmittelkreislauf einen Verdampfer dar, in dem die Kühlflüssigkeit verdampfbar ist und dadurch die Flüssigkeit in dem Aufnahmeraum 8 des Flüssigkeitstanks 2 kühlt.
  • Zudem umfasst die Vorrichtung 1 eine Flüssigkeitsleitung 6 mit einem Flüssigkeitseinlass 11 und einem Flüssigkeitsauslass 12, die ebenfalls spiralförmig um den Flüssigkeitstank 2 geführt ist. Die Flüssigkeitsleitung 6 verläuft in ihrem spiralförmigen Bereich parallel zu der Kühlmittelleitung 3 und ist dabei zwischen den einzelnen Spiralen der Kühlmittelleitung 3 angeordnet. Der Flüssigkeitseinlass 11 kann mit einer hier nicht gezeigten Flüssigkeitsquelle verbindbar sein. Weiterhin kann der Flüssigkeitsauslass 12 über eine hier nicht gezeigte Verbindungsleitung mit dem Aufnahmeraum 8 des Flüssigkeitstanks 2 verbunden sein, sodass die Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle über die Flüssigkeitsleitung 6 in den Aufnahmeraum 8 des Flüssigkeitstanks 2 strömen kann. Beim Durchströmen des spiralförmigen Bereichs der Flüssigkeitsleitung 6 ist die Flüssigkeit durch die Kühlmittelleitung 3 kühlbar, sodass die Flüssigkeit den Aufnahmeraum 8 des Flüssigkeitstanks 2 vorgekühlt erreicht. In den Aufnahmeraum 8 des Flüssigkeitstanks 2 kann eine hier nicht gezeigte Zuführleitung für CO2 münden, sodass die Flüssigkeit in dem Aufnahmeraum 8 karbonisierbar ist. Weiterhin kann eine hier ebenfalls nicht gezeigte Entnahmeleitung aus dem Aufnahmeraum 8 zu einer Sanitärarmatur führen, sodass die karbonisierte Flüssigkeit über die Sanitärarmatur aus dem Aufnahmeraum 8 entnehmbar ist. Um die Wärmeleitung zwischen der Kühlmittelleitung 3 und dem Flüssigkeitstank 2 sowie der Flüssigkeitsleitung 6 zu erhöhen, ist der Flüssigkeitstank 2, die Kühlmittelleitung 3 und die Flüssigkeitsleitung 6 mit einem Wärmeleiter 4 umgeben. Der Wärmeleiter 4 ist hier in Form eines massiven Blocks 5 gebildet und besteht aus einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff.
  • Zur Herstellung der Vorrichtung 1 wird in einem Schritt a) zunächst die Gießform 7 bereitgestellt und anschließend in einem Schritt b) der Flüssigkeitstank 2 mit der vormontierten Kühlmittelleitung 3 und Flüssigkeitsleitung 6 in der Gießform 7 angeordnet. Danach wird in einem Schritt c) der Flüssigkeitstank 2 mit der Kühlmittelleitung 3 und der Flüssigkeitsleitung 6 mit dem Bornitrid enthaltenen Kunststoff umspritzt, sodass der Wärmeleiter 4 gebildet wird.
  • Durch die vorliegende Erfindung ermöglicht eine leichte und kostengünstige Vorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Flüssigkeitstank
    3
    Kühlmittelleitung
    4
    Wärmeleiter
    5
    Block
    6
    Flüssigkeitsleitung
    7
    Gießform
    8
    Aufnahmeraum
    9
    Kühlmitteleinlass
    10
    Kühlmittelauslass
    11
    Flüssigkeitseinlass
    12
    Flüssigkeitsauslass

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zum Kühlen einer Flüssigkeit, zumindest aufweisend: - einen Flüssigkeitstank (2) zur Aufnahme einer Flüssigkeit, - eine Kühlmittelleitung (3) für ein Kühlmittel, wobei die Kühlmittelleitung (3) den Flüssigkeitstank (2) zumindest teilweise umgibt, und - einen Wärmeleiter (4) zum Leiten von Wärme zwischen der Flüssigkeit und dem Kühlmittel, wobei der Wärmeleiter (4) zumindest teilweise aus einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff besteht.
  2. Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei das Bornitrid als Füllstoff in dem Kunststoff enthalten ist.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Flüssigkeitstank (2) oder die Kühlmittelleitung (3) zumindest teilweise von dem Kunststoff umgeben sind.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Kunststoff den Flüssigkeitstank (2) und die Kühlmittelleitung (3) als Block (5) umgibt.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Kühlmittelleitung (3) den Flüssigkeitstank (2) zumindest teilweise spiralförmig umgibt.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Flüssigkeitstank (2) zumindest teilweise durch eine Flüssigkeitsleitung (6) für die Flüssigkeit umgeben ist und wobei die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung (6) durch das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (3) kühlbar ist.
  7. Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 6, wobei die Flüssigkeitsleitung (6) in den Flüssigkeitstank (2) mündet.
  8. Vorrichtung (1) nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei die Flüssigkeitsleitung (6) den Flüssigkeitstank (2) zumindest teilweise spiralförmig umgibt.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, wobei die Flüssigkeitsleitung (6) zumindest teilweise parallel zu der Kühlmittelleitung (3) verläuft.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zum Kühlen einer Flüssigkeit, zumindest aufweisend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Gießform (7); b) zumindest teilweises Anordnen eines Flüssigkeitstanks (2) und einer Kühlmittelleitung (3) in der Gießform (7); und c) zumindest teilweises Umspritzen des Flüssigkeitstanks (2) mit einem Bornitrid enthaltenen Kunststoff.
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