DE102009021656A1 - Instantaneous water heater and method for controlling and regulating such - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer (1) für Flüssigkeiten, insbesondere für Wasser und/oder Milch in Getränkemaschinen, mit einem Heizkanal (14, 14', 14"), der mittels einer Heizeinrichtung (4) beheizt ist, wobei die Heizeinrichtung (4) einen elektrisch leitfähigen Blankdraht umfasst. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Heizkanal (14, 14', 14") zumindest bereichsweise durch die Heizeinrichtung (4) selbst gebildet ist, wobei die Heizeinrichtung (4) in diesem den Heizkanal (14, 14', 14") bildenden Bereich in direktem Kontakt mit der zu erhitzenden Flüssigkeit steht.The invention relates to a continuous flow heater (1) for liquids, in particular for water and / or milk in beverage machines, with a heating channel (14, 14 ', 14 ") which is heated by means of a heating device (4), wherein the heating device (4) It is essential to the invention that the heating channel (14, 14 ', 14 ") is at least partially formed by the heating device (4) itself, wherein the heating device (4) in this the heating channel (14, 14', 14 ") forming region is in direct contact with the liquid to be heated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer, insbesondere für Getränkemaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines solchen Durchlauferhitzers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.The The present invention relates to a water heater, in particular for beverage machines with the characteristics of the generic term of claim 1. Furthermore, the present invention relates a method for controlling and regulating such a flow heater with the features of the preamble of claim 10.
Aus
der
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass sich aufgrund einer solchen Bauweise große sperrige Bauformen ergeben und die Heizeinrichtung ein großes flüssigkeitsdurchströmtes Volumen aufweist, aufgrund dessen wiederum ein erhöhter Energieverbrauch resultiert, wenn im Falle der Nichtbenutzung des Durchlauferhitzers die in der Heizeinrichtung verbleibende Flüssigkeit abkühlt oder auf Solltemperatur gehalten wird. Ein großes flüssigkeitsdurchströmtes Volumen in der Heizeinrichtung bedingt ebenfalls eine große Wärmekapazität und verringert dadurch eine Aufheiz- und Reaktionsgeschwindigkeit des Durchlauferhitzers.adversely At this state of the art is that due to such Design large bulky designs yield and the heater large liquid flow volume due to which, in turn, increased energy consumption results if in case of non-use of the water heater cools the remaining liquid in the heater or maintained at set temperature. A large liquid flowed through Volume in the heater also requires a large Heat capacity and thereby reduces a heating and reaction rate of the water heater.
In
der
Nachteilig an der Verwendung einer als Deckel ausgebildeten Heizplatte ist die Beheizung des Heizkanals durch eine im Vergleich zur Gesamtoberfläche des Heizkanals geringe Heizfläche. Des Weiteren dürfen die Kanalwände der kanalbildenden Struktur nicht zu hoch werden, da sonst die Heizfläche, welche die den Heizkanal durchströmende Flüssigkeit beheizt, nicht ausreichend dimensioniert ist. Dies limitiert eine sinnvolle Bauform eines solchen Durchlauferhitzers, hinsichtlich der Höhe. Somit kann die Leistung eines solchen Durchlauferhitzers nur durch konstruktive Erweiterung der Gerätedimensionen in zwei Richtungen erfolgen. Dies führt zwangsläufig für höhere Leistungen zu sehr flachen aber dennoch sperrigen Bauformen.adversely is the use of a designed as a lid heating plate the heating of the heating channel by one compared to the total surface of the heating channel low heating surface. Furthermore, allowed the channel walls of the channel-forming structure are not too high Otherwise, the heating surface, which is the heating channel flowing liquid heated, not sufficient is dimensioned. This limits a meaningful design of such a water heater, in terms of height. Thus, the performance of such Flow heater only by constructive extension of the device dimensions done in two directions. This inevitably leads for higher performance too very shallow but nevertheless bulky designs.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Durchlauferhitzer der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform an zugeben, die sich insbesondere durch eine kompakte Bauweise und durch eine hohe Aufheiz- und Reaktionsgeschwindigkeit auszeichnet.The The present invention addresses the problem of for a water heater of the generic type Kind, an improved embodiment to admit itself in particular by a compact design and by a high heating and Reaction speed distinguished.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this task by the objects of the independent Claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Heizkanal zumindest bereichsweise durch eine Heizeinrichtung selbst zu bilden, wobei die Heizeinrichtung in diesem den Heizkanal bildenden Bereich in direktem Kontakt mit der zu erhitzenden Flüssigkeit steht. Damit sind sowohl ein schnelles Aufheizen und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit, als auch eine schnelle und flexible Regelbarkeit des Durchlauferhitzers möglich. Generell kann dabei die Heizeinrichtung auch den kompletten Heizkanal bilden. Um möglichst viel Heizfläche bezogen auf den Heizkanal unterzubringen, kann ein Heizkanal der Heizeinrichtung spiralförmig, insbesondere sogar im Wesentlichen in der Art einer archimedischen Spirale, ausgebildet werden, wobei der Heizkanal erfindungsgemäß zumindest bereichsweise, beispielsweise in Form von Kanalwänden, durch die Heizeinrichtung gebildet ist. Durch diese Bauweise lassen sich sehr kompakte, flexible und kleine Bauformen realisieren.The Invention is based on the general idea of a heating channel at least partially by a heater itself to form, the Heating device in this area forming the heating channel in direct Contact with the liquid to be heated is available. In order to are both a fast heating and a high reaction speed, as well as a quick and flexible controllability of the water heater possible. In general, the heater can also the form complete heating channel. To have as much heating surface as possible based on the heating channel accommodate, a heating channel of the heater spiral, in particular even substantially in the Art of an Archimedean spiral, be formed, the Heating channel according to the invention at least partially, for example, in the form of channel walls, by the heater is formed. This design makes it very compact, flexible and realize small designs.
Ist der Heizkanal zumindest bereichsweise als elektrisch leitfähiger Flachblankdraht ausgebildet, ist besonders viel Heizfläche auf kleinem Raum platziert. Da der spannungsführende Teil der Heizeinrichtung nur einer gewissen Oberflächenbelastung bezüglich der Leistung ausgesetzt werden darf damit dieser nicht überhitzt, können durch einen Einsatz eines Flachblankdrahtes entsprechend große Heizleistungen auf kleinem Bauraum mit hohen Durchflussgeschwindigkeiten erreicht werden.If the heating channel is at least partially formed as an electrically conductive flat blanked wire, a particularly large amount of heating surface is placed in a small space. Since the live part of the heater be only a certain surface load be as long as the power is not allowed to overheat, it is possible to achieve correspondingly high heating capacities in a small installation space with high flow rates by using a flat blanked wire.
Da zum Brühen von Kaffee oder bei einer Ausgabe von Heißwasser kurzfristig sehr viel Leistung benötigt wird und ein solcher Durchlauferhitzer, wie oben beschrieben, idealer Weise keinen Energiepuffer besitzt, ist kurzfristig die gesamte Wärmeleistung in Form von elektrischer Leistung auf den spannungsführenden Teil der Heizeinrichtung zu übertragen. Damit muss die Netzanschlussleistung entweder der benötigten Wärmeleistung entsprechen oder, falls die Leistungsaufnahme des Durchlauferhitzers über eine anliegende Netzanschlussleistung hinausgeht, ein zwischengeschalteter elektrischer Energiepuffer die zusätzlich zur Netzanschlussleistung notwendige Wärmeleistung erbringen.There for brewing coffee or for dispensing hot water a lot of power is needed in the short term and such Instantaneous water heater, as described above, ideally no energy buffer owns, is in the short term the entire heat output in shape from electrical power to the live part to transmit the heater. This must be the network connection performance either correspond to the required heat output or, if the power consumption of the water heater over an applied grid connection power goes out, an intermediary electrical energy buffer in addition to the grid connection power provide necessary heat output.
Weil direkt an der den Heizkanal durchströmenden Flüssigkeit Netzspannung anliegt, muss eine entsprechend lange Isolierstrecke im Wasserpfad realisiert werden, damit ein Benutzer des Durchlauferhitzers nicht unter Spannung gesetzt werden kann. Dazu wird zweckmäßiger Weise zusätzlich zu den Isolierstrecken zwischen Zulauf und Heizeinrichtung und zwischen Heizeinrichtung und Ablauf an den der Heizeinrichtung abgewandten Enden der Isolierstrecken zur Absicherung noch ein Masseanschluss angebracht.Because directly on the liquid flowing through the heating channel Mains voltage is applied, must be a correspondingly long Isolierstrecke be realized in the water path, so that a user of the water heater can not be put under tension. This is more convenient Way in addition to the Isolierstrecken between inlet and heater and between heater and drain to the The heater facing away from the ends of the Isolierstrecken to hedge still attached a ground connection.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein solcher Durchlauferhitzer mit einer Blankdrahtheizeinrichtung aufgrund des schnellen Ansprechverhaltens und der geringen Wärmekapazität auf unterschiedliche Art und Weise gesteuert und geregelt werden. Ohnehin vorhandene Sensoren oder Aktoren von Getränkemaschinen sind hierbei für neue Aufgaben einsetzbar, Störgrößen können eliminiert und Zielgrößen einfacher erreicht werden. Somit ist es möglich, mit wenigen Sensoren die gewünschten Zielgrößen einzustellen, bzw. die vorhandene Mess- oder Regelungstechnik der Maschinen dafür zu nutzen. Soll zum Beispiel eine genau definierte Menge an Getränk aus einem Getränkeautomat ausgegeben werden und die Fließgeschwindigkeit ist nicht eindeutig ermittelbar, so kann z. B. aufgrund der Massenträgheit durch Messung der Zu- und Ablauftempe ratur und der bekannten Heizleistung auf die dosierte Menge geschlossen werden. Die Steuerungs-, Regelungs- und Bedienvorrichtung des Durchlauferhitzers kann dies dann entsprechend auswerten und eine Flüssigkeitsausgabe entsprechend steuern.In Another preferred embodiment may be such Instantaneous water heater with a bare wire heater due to the fast response and low heat capacity be controlled and regulated in different ways. Already existing sensors or actuators of beverage machines can be used for new tasks, disturbances can be eliminated and target sizes easier be achieved. Thus it is possible with few sensors set the desired targets, or the existing measuring or control technology of the machines for it to use. Should, for example, a well-defined amount of drink be issued from a drinks machine and the flow rate is not clearly determined, so z. B. due to inertia by measuring the supply and Ablauftempe temperature and the known heat output be closed on the metered amount. The control, regulation and operating device of the water heater can then evaluate accordingly and control a liquid output accordingly.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.
Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically
Entsprechend
der
Die
Heizeinrichtung
Wie
der
Der
Zulauf
Infolge
einer einfachen Gehäusegeometrie sind neben Kunststoffen,
die insbesondere auch temperaturbeständig sind, ebenfalls
Glas- oder Keramikwerkstoffe denkbar. Gehäuseteile
Durch
die Art und Weise der Bildung der Heizkanäle
Gemäß
In
einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform
gemäß der
Da
bei einem Durchlauferhitzer
Es
ist ebenfalls vorteilhaft, einen solchen Durchlauferhitzer
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Volumenstrom bekannt und insbesondere konstant. Die Eintrittstemperatur wird gemessen und die aus dem Netz aufgenommene Leistung durch den Benutzer variiert. In diesem Fall kann die Austrittstemperatur aus dem Volumenstrom, der Eintrittstemperatur und der aus dem Netz aufgenommenen elektrischen Leistung errechnet werden und die so ermittelte Austrittstemperatur über die Ausgabeeinrichtung angezeigt werden, wobei dem Benutzer die Möglichkeit gegeben ist, solange die Leistung zu variieren, bis die gewünschte Austrittstemperatur erreicht ist.In a preferred embodiment is the volume flow known and especially constant. The inlet temperature is measured and the power absorbed by the network by the user varied. In this case, the outlet temperature can be calculated from the volume flow, the inlet temperature and the electrical absorbed from the mains Performance are calculated and the thus determined outlet temperature over the output device will be displayed, giving the user the option is given as long as the power to vary until the desired Outlet temperature is reached.
Analog dazu kann die Austrittstemperatur bei bekannter Leistung, gemessener Eintrittstemperatur und Variierung des Volumenstroms durch den Benutzer aus dem Volumenstrom der Eintrittstemperatur und der aus dem Netz aufgenommenen elektrischen Leistung errechnet werden, wiederum die so ermittelte Austrittstemperatur über die Ausgabeeinrichtung angezeigt werden und dem Benutzer die Möglichkeit gegeben werden, solange den Volumenstrom zu variieren, bis die gewünschte Austrittstemperatur erreicht ist.Analogous For this purpose, the outlet temperature at a known power, measured Inlet temperature and variation of the volume flow by the user from the volume flow of the inlet temperature and from the network recorded electrical power can be calculated, in turn the so determined outlet temperature displayed on the output device be given to the user and the opportunity as long as the volume flow to vary until the desired Outlet temperature is reached.
Es ist wiederum auch möglich, den Volumenstrom zu messen, die Austrittstemperatur zu messen und die aus dem Netz aufgenommene Leistung durch den Benutzer solange variieren zu lassen, bis die aus dem Volumenstrom der Eintrittstemperatur und der aus dem Netz aufgenommenen Leistung errechnete Austrittstemperatur, die über die Ausgabeeinrichtung angezeigt wird, den gewünschten Sollwert erreicht hat.It again it is also possible to measure the volume flow, to measure the outlet temperature and those taken from the grid To let the performance vary by the user until the from the volume flow of the inlet temperature and from the network absorbed power calculated outlet temperature over the output device is displayed, the desired Setpoint has reached.
Dies ist ebenfalls denkbar bei Messung der Eintrittstemperatur und der Austrittstemperatur und Variierung der aus dem Netz aufgenommenen Leistung, wobei auch in diesem Fall die Austrittstemperatur über eine Ausgabeeinrichtung angezeigt werden kann und die aus dem Netz aufgenommene Leistung durch den Benutzer solange variiert wird, bis ein gewünschter Sollwert der Austrittstemperatur erreicht ist.This is also conceivable when measuring the inlet temperature and the outlet temperature and varying the power absorbed by the network, in which case the outlet temperature can be displayed via an output device and the power absorbed by the network is varied by the user until a desired setpoint of the outlet temperature is reached.
Ebenfalls bei bekanntem Volumenstrom, Messung der Austrittstemperatur und Variation der aus dem Netz aufgenommenen Leistung durch den Benutzer kann die aus dem Netz aufgenommene Leistung solange variiert werden, bis die über die Ausgaberichtung angezeigte Austrittstemperatur den Sollwert erreicht hat.Also at known volume flow, measurement of the outlet temperature and Variation of power absorbed by the network by the user can the power consumed by the grid be varied as long as to the exit temperature indicated by the dispensing direction has reached the setpoint.
Nun ist es in einer bevorzugten Ausführungsform natürlich auch möglich, durch den Benutzer die Austrittstemperatur in die Steuerungs-, Regelungs- und Bedienvorrichtung einzugeben und die Steuerungs-, Regelungs- und Bedienvorrichtung solange zumindest einen variablen Parameter variieren zu lassen, bis der gewünschte Sollwert der Austrittstemperatur erreicht ist. Somit wird die Anpassung der Austrittstemperatur nicht händisch vorgenommen, sondern automatisiert nach Einstellen der gewünschten Austrittstemperatur durch die Steuerungs-, Regelungs- und Bedienvorrichtung durchgeführt.Now it is natural in a preferred embodiment also possible by the user, the outlet temperature enter into the control, regulation and operating device and the control, regulation and operating device as long as at least to vary a variable parameter until the desired one Setpoint of the outlet temperature is reached. Thus, the adjustment the outlet temperature is not made manually, but automated after setting the desired outlet temperature performed by the control, regulation and control device.
In
einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform
werden der Volumenstrom, die Eintrittstemperatur und die Austrittstemperatur
gemessen und die aus dem Netz aufgenommene Leistung aus dem Volumenstrom
der Eintrittstemperatur und der Ausgangstemperatur errechnet. Mit
dieser aus dem Netz aufgenommenen, errechneten Leistung lassen sich
Rückschlüsse auf Spannungsunterschiede oder Defekte
in der Heizeinrichtung
In einer weiteren Ausführungsform ist die aus dem Netz aufgenommene Leistung bekannt, Eintrittstemperatur und Austrittstemperatur werden gemessen, die Entnahmedauer wird bestimmt und ein durchschnittlicher Volumenstrom wird aus der spezifischen Wärmekapazität, der Dichte der Flüssigkeiten, sowie aus Eintrittstemperatur, Austrittstemperatur und der aus dem Netz aufgenommenen Leistung ermittelt, um aufgrund des geförderten Volumens eine Ausgabe der Flüssigkeit zu beenden, wenn die gewünschte Volumenmenge erreicht ist.In Another embodiment is taken from the network Performance known, inlet temperature and outlet temperature are measured, the extraction time is determined and an average Volume flow is calculated from the specific heat capacity, the density of the liquids, as well as the inlet temperature, Outlet temperature and the power consumed from the grid, to due to the volume delivered an output of the liquid to end when the desired volume is reached.
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