-
Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
-
Die
Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere für
eine Garvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenso eine Garvorrichtung mit
einem solchen Dampferzeuger sowie ein Verfahren zum Betrieb, ein Verfahren
zur Herstellung sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Heizvorrichtung
für einen solchen Dampferzeuger.
-
Ein
Dampferzeuger der vorstehend genannten Art ist beispielsweise aus
der
DE 101 09 251
C1 bekannt, der einen Kesselinnenraum aufweist, der von
einer Kesselwand umgeben ist. Der Kesselinnenraum dient zur Aufnahme
von Wasser, das mittels Heizdrähten erhitzt wird und schließlich
verdampft, wobei sich die Heizdrähte im wesentlichen über
die gesamte Kesselwandung sowie den Kesselboden verteilt erstrecken.
Bei der Verwendung von Heizdrähten für die Beheizung
des Kesselraums bzw. des in dem Kesselraum vorhandenen Wassers zeigt
sich jedoch nachteilig, dass eine große Menge an Heizenergie
im wesentlichen ungenutzt verloren geht. Dies zum Einen in Bereichen,
in denen kein zu verdampfendes Wasser vorhanden ist und zum Anderen
deshalb, da das Verhältnis zwischen zu verdampfendem Wasser
und mittels der Heizdrähte direkt beheizbarer Oberfläche
vergleichsweise gering ist. Auch ist das Ansprechverhalten einer
derartigen Dampferzeugervorrichtung bezüglich des Bereitstellens
von Wasserdampf langsamer als es wünschenswert wäre.
-
Aufgabe und Lösung
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Dampferzeuger, eine Garvorrichtung
mit einem Dampferzeuger, ein Verfahren zum Betrieb einer Heizvorrichtung
für einen Dampferzeuger, ein Verfahren zur Herstellung
einer Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen einer
Heizvorrichtung für einen Dampferzeuger bereitzustellen,
bei denen jeweils das Ansprechverhalten des Dampferzeugers bezüglich
des Bereitstellungszeitraums von Wasserdampf deutlich verbessert
ist sowie die Energieeffizienz der verwendeten Heizvorrichtung gesteigert
ist. Des weiteren soll ein Trockenlaufen des Dampferzeugers keine
Gefahr darstellen.
-
Gelöst
wird diese Aufgabe durch einen Dampferzeuger mit den Merkmalen des
Anspruchs 1, einen Dampferzeuger mit den Merkmalen des Anspruchs
2, durch eine Garvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15
und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16, 17,
19 oder 20. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden
näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht. Manche der nachfolgend nicht erschöpfend aufgezählten Merkmale
und Eigenschaften treffen sowohl auf die Vorrichtungen als auch
auf die Verfahren zu. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben,
gelten jedoch unab hängig voneinander und in beliebiger
Kombination sowohl für die Verfahren als auch für
die Vorrichtung. Der Wortlaut der Ansprüche wird hiermit
durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht.
-
Erfindungsgemäß weist
der Behälter einen Wasserführungsbereich auf für
zu verdampfendes Wasser, wobei die Heizvorrichtung das zu verdampfende
Wasser bis zu der Siedetemperatur erhitzt als Dampf. Der Dampfführungsbereich
des Behälters führt den erzeugten Dampf aus dem
Behälter heraus bzw. der erzeugte Dampf strömt
daran entlang. Die beheizte Fläche bzw. die Heizvorrichtung
ist am Wasserführungsbereich und ggfs. auch am Dampfführungsbereich
vorgesehen Der Dampf ist zwar heißer als das Wasser an
sich, seine Temperatur liegt jedoch noch immer deutlich unterhalb
derjenigen der Heizvorrichtung im ungekühlten Betrieb,
also wenn sie keine Energie abgeben kann. So bewirkt das Verdampfen
bzw. der entstehende Dampf also auch gleichzeitig eine Kühlung
des Behälters. Dazu strömt der Dampf nach der
Erzeugung in einer Dampfführung an der Oberfläche
des beheizten Behälters entlang. Hieraus resultiert dann,
dass dadurch die Heizvorrichtung gekühlt wird, und zwar
vorteilhaft so, dass gewährleistet ist, dass die Heizvorrichtung
während des Verdampfungsprozesses eine im wesentlichen
gleichbleibende Temperatur aufweist trotz abnehmendem Wasserstand,
also nahendem Leerkochen des Behälters. Die Kühlwirkung
des Wassers in der Wasserführung, also unten im Behälter,
wird dann zunehmend von dem Dampf übernommen, zwar mit
etwas geringerer Kühlwirkung, die aber immer noch gut ausreicht
zur Kühlung der Heizvorrichtung. Die Temperatur der Heizvorrichtung
steigt erst an, wenn das Wasser in dem Behälter im Wesentlichen
vollständig verdampft ist, weil dann die Dampfmenge in
der Dampfführung abnimmt und somit auch diese Kühlwirkung.
Der Temperaturanstieg der Heizvorrichtung bewirkt dann eine vorzugsweise
einfach messbare physikalische Eigenschaftsänderung der Heizvorrichtung,
beispielsweise eine Veränderung ihres elektrischen Widerstandes.
-
Grundsätzlich
kann der Dampferzeuger mit beliebiger Flüssigkeit arbeiten.
Bevorzugt arbeitet er mit Wasser bzw. verdampft Wasser, insbesondere Leitungswasser.
-
Vorteilhaft
ist bei einem vorstehend beschriebenen Dampferzeuger die Heizvorrichtung
relativ massearm ausgebildet, besonders vorteilhaft ist es eine
auf einer Oberfläche des Behälters aufgebrachte
Dickschichtheizvorrichtung. Aus der Verwendung einer Dickschichtheizvorrichtung
als Heizvorrichtung ergibt sich vorteilhaft, dass der gesamte Dampferzeuger
lediglich einen vergleichsweise geringen Bauraum benötigt.
Die Dickschichtheizvorrichtung kann beispielsweise mittels eines
Druckverfahrens auf die Oberfläche des Behälters
aufgebracht werden, so dass also zwischen der Dickschichtheizvorrichtung und
der Oberfläche ein direkter, körperlicher Kontakt besteht.
Die Übertragung der von der Dickschichtheizvorrichtung
erzeugten Heizenergie auf den Behälter muss also kein weiteres Übertragungsmedium überwinden.
Alternativ können auch Rohrheizkörper verwendet
werden, insbesondere massearme bzw. dünne Rohrheizkörper.
-
Die
verwendete Heizvorrichtung kann beispielsweise auch als Temperatursensor
bzw. als Füllstandssensor Verwendung finden. Durch ein
direktes Aufbringen einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Dickschichtheizvorrichtung,
auf den Behälter wird die von ihr erzeugte Heizenergie
im wesentlichen gleichmäßig in den zu beheizenden
Behälter übertragen und vom Material des Behälters
direkt in das zu verdampfende Wasser übertragen. Hierbei
verteilt sich die Heizenergie, die sich in der erhöhten
Temperatur des Behälters äußert, im Behälter,
zumindest in einem Bereich des Behälters mit der Heizvorrichtung, also
im Wasserführungsbereich. Die Heizenergie verdampft das
Wasser im Laufe der Zeit.
-
Der
erfindungsgemäße Dampferzeuger findet vorzugsweise
in Garvorrichtungen Verwendung. Derartige Garvorrichtungen sind
beispielsweise sogenannte Steamer, in denen ein zu garendes Nahrungsmittel
im wesentlich lediglich mittels heißem Wasserdampf gegart
wird. Beim Garen ist es selbstverständlich vorteilhaft,
wenn das zu verdampfende Wasser im wesentlichen bis zur Siedetemperatur
erhitzt wird. Das Beheizen des zu verdampfenden Wassers bis zum
Siedetemperatur ist aber beispielsweise nicht nötig, wenn
der Dampferzeuger dazu verwendet werden soll, ein vergleichsweise
feuchtes Klima in einer Garvorrichtung zu schaffen, um ein Austrocknen
eines zu garenden Lebensmittels zu unterbinden. Es ist also beispielsweise
auch denkbar, dass der erfindungsgemäße Dampferzeuger
in einer Backvorrichtung Anwendung findet, in der die vorhandene
Luft mit Wasserdampf aus dem Dampferzeuger gesättigt wird,
so dass die in der Backvorrichtung vorhandene Luft keine weitere
Feuchtigkeit aus dem Backgut mehr aufnehmen kann. Im allgemeinen ist
die Verwendung bzw. die Anwendung des erfindungsgemäßen
Dampferzeugers sehr vielfältig möglich.
-
Als
Behälter im Sinne der Erfindung wird hier jede Vorrichtung
verstanden, in der ein Wasservolumen so aufgenommen werden kann,
dass es mittels der Heizvorrichtung für die Anwendung im
Sinne der Erfindung ausreichend gut beheizt werden kann. Das Wasservolumen
ist selbstverständlich im Innenraum des Behälters.
Eine Heizvorrichtung im Sinne der Erfindung ist vorteilhaft eine
Dickschichtheizvorrichtung, wobei zusätzlich andere Heizvorrichtungen
vorgesehen sein können.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch einen gattungsgemäßen
Dampferzeuger gelöst, bei dem im Innenraum des Behälters,
insbesondere im Wasserführungsbereich und vorteilhaft auch
noch im Dampfführungsbereich, ein Abschnitt eines Verdrängungskörpers
für die Verringerung des freien Volumens angeordnet ist.
Der Verdrängungskörper kann im Wesentlichen beliebige Form
aufweisen, selbstverständlich ist auch ein im Wesentlichen
beliebiges Volumen des Verdrängungskörpers möglich.
-
Der
Verdrängungskörper reicht im Innenraum des Behälters
in den Wasserführungsbereich mit dem Wasser darin während
des Verdampfens. Auf diese Weise wird in eben diesem Bereich das maximal
mögliche Aufnahmevolumen für das zu verdampfende
Wasser deutlich verringert, so dass sich auch das Verhältnis
zwischen Außenoberfläche und Volumen des zu verdampfenden
Wassers zugunsten der Außenoberfläche verändert.
Hieraus resultiert vorteilhaft, dass deutlich weniger Zeit zum Verdampfen
bzw. zum Beheizen des zu verdampfenden Wassers bis zur Siedetemperatur
benötigt wird und damit insgesamt auch weniger Energie.
Darüber hinaus wird das Ansprechverhalten des Dampferzeugers deutlich
verbessert, nämlich die Zeit zwischen dem Einschalten des
Dampferzeugers und dem Erreichen der Siedetemperatur bzw. einer
erwünschten Temperatur des zu verdampfenden Wassers verringert.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung weist der Verdrängungskörper
eine Außenkontur auf, die im wesentlichen parallel zur
Innenkontur des Behälters verläuft beziehungsweise
einen entsprechenden, ähnlichen Verlauf aufweist. Durch
diese Ausgestaltung des Verdrängungskörpers kann
für das zu verdampfende Wasser ein im Wesentlichen ringartiges Volumen
entstehen. Wird der Verdrängungskörper besonders
bevorzugt so angeordnet, dass er im wesentlichen koaxial zu dem
Behälter ausgerichtet ist, ergibt sich zwischen der Innenkontur
des Behälters und der Außenkontur des Verdrängungskörpers
ein ringartiges Volumen mit im Wesentlichen konstanter Breite. Diese
Breite kann bis zu wenigen mm betragen, also sehr gering sein. Das
für den Verdampfungsvorgang in die zu verdampfende Wasser
einzubringende Heizenergie kann auf diese Weise besonders gleichmäßig
verteilt werden.
-
Es
ist auch möglich, dass der Verdrängungskörper
entweder eine ungleichmäßige Außenkontur aufweist
oder so angeordnet ist, dass die Breite des ringartigen Volumens
im Verlauf des Rings variiert, also in einem Bereich vergleichsweise
klein und in einem anderen Bereich vergleichsweise groß ist.
So könnte beispielsweise das Ansprechverhalten des Dampferzeugers
weiter verbessert werden, da in dem Bereich mit einer besonders
kleinen Breite des ringartigen Volumens das zu verdampfende Wasser noch
schneller Siedetemperatur erreicht.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdrängungskörper
ein Hohlkörper. In einer Weiterbildung der Erfindung ist
der Verdrängungskörper rohrartig ausgebildet,
vorzugsweise als aufrechtes Rohr, und ein unterer Endbereich des
rohrartigen Verdrängungskörpers ist mit einer
Oberfläche des Innenraums verbunden, insbesondere flüssigkeitsdicht. Als
Hohlkörper im Sinne der Erfindung wird jeder Körper
verstanden, in dem eine Ausnehmung vorgesehen ist. Ein Hohlkörper
kann also eine Becherform aufweisen, rohrartig sein, oder beispielsweise
eine innen hohle Würfelform aufweisen. Die Verbindung von
Verdrängungskörper und Innenraum kann beispielsweise
mittels Verschweißen, Verschrauben oder dergleichen realisiert
sein, wobei die gewählte Verbindung auf jeden Fall temperaturbeständig
und wasserdicht sein sollte. Durch das Vorsehen eines Hohlkörpers
als Verdrängungskörper wird erreicht, dass das
Gewicht des Dampferzeugers als ganzes vergleichsweise klein gehalten
werden kann und darüber hinaus der zu beheizende Bereich
insgesamt nur eine geringe Masse aufweist. So wird zum einen eine
weitere Energieersparnis und zum anderen beispielsweise ein verbessertes
Abkühlverhalten des Dampferzeugers erreicht, insbesondere
wenn der Verdrängungskörper aus Metall gefertigt
ist.
-
Durch
eine rohrartige Ausgestaltung des Verdrängungskörpers
kann der Verdrängungskörper vergleichsweise günstig
hergestellt werden, da für die Herstellung beispielsweise
ein handelsübliches Rohr verwendet werden kann. Von diesem
Rohr muss lediglich ein entsprechendes Stück einer bestimmten
Länge abgetrennt werden und im Innenraum des Behälters
montiert werden.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist der Behälter im wesentlichen
becherartig ausgebildet und die Heizvorrichtung ist zumindest abschnittsweise
in einem Bereich einer äußeren Mantelfläche
des Behälters, in einem Bereich einer Bodenfläche
des Behälters und/oder in einem Bereich einer inneren und/oder äußeren
Mantelfläche eines in dem Behälter angeordneten
Verdrängungskörpers angeordnet, besonders vorteilhaft
bedeckt sie zumindest den gesamten Wasserführungsbereich.
Die Heizvorrichtung ist vorteilhaft so angeordnet, dass sie nicht
direkt in Kontakt mit dem Wasser geraten kann, sofern eine elektrisch
betriebene Heizvorrichtung verwendet wird. Die Heizvorrichtung kann
alternativ auch an der Innenseite des Behälters oder an
Außenseite des Verdrängungskörpers angeordnet
sein, also im Wasser. Dann muss sie isoliert sein bzw. von einer
Isolierschicht bedeckt sein.
-
Die
beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten der Heizvorrichtung
an den beschriebenen Flächen am Behälter bzw.
am Verdrängungskörper sind vorzugsweise vergleichsweise
kleine Flächen und decken sich vorzugsweise zumindest in
ihrer Projektion mit dem darin befindlichen Wasser. Mit dieser Ausgestaltung
kann vorteilhaft auch eine Energieersparnis erzielt werden, da lediglich
Bereiche beheizt werden, an denen auch zu verdampfendes Wasser vorgesehen
ist.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Heizvorrichtung in einem unteren
Bereich des Behälters angeordnet und somit auch der Wasserführungsbereich.
Der Dampfführungsbereich kann sich direkt daran anschließen,
insbesondere dehnt er sich dorthin aus, wo der Wasserführungsbereich
mit abnehmendem Wasserstand zurückweicht. Auf diese Weise kann
der Behälter nach der Beendigung einer Anwendung des Dampferzeugers
im Wesentlichen vollständig ausgetrocknet werden. So können
beispielsweise Keimnester oder dergleichen in feuchten Stellen vermieden werden,
die ohne eine Möglichkeit einer Nachbeheizung eventuell
verbleiben würden.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung umgibt die Heizvorrichtung den Behälter
im Bereich seiner Mantelfläche zumindest abschnittsweise.
Dabei ist die Heizvorrichtung auf der Mantelfläche des
Behälters vorzugsweise so verteilt angeordnet, dass eine gleichmäßige
Beheizung des Behälters bzw. des in dem Behälter
vorgesehenen Wassers gewährleistet ist.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis
zwischen Durchmesser des Behälters und Höhe eines
von der Heizvorrichtung bzw. Heizleitern bedeckten Bereichs des
Behälters zwischen 0,25 und 10, insbesondere zwischen 1
und 5. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung definiert die Höhe
des von der Heizvorrichtung bedeckten Bereichs im wesentlichen eine
Mindestfüllhöhe des Behälters bzw. den
Wasserführungsbereich für den Beginn des Betriebs.
Durch die vorstehend genannte Wahl des Verhältnisses zwischen
Durchmesser und Höhe bzw. der Mindestfüllhöhe
des Behälters kann der für die jeweilige Anwendung
beste Wirkungsgrad des Dampferzeugers vorbestimmt werden. Insbesondere
durch die Höhe der Heizvorrichtung, die im wesentlichen der
Mindestfüllhöhe des Behälters entspricht,
wird eine Energieersparnis beim Betrieb des Dampferzeugers erzielt,
da nur Bereiche beheizt werden, in denen auch Wasser ist.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Heizvorrichtung ein Füllstandssensor
des zu verdampfenden Wassers im Behälter und/oder ein Temperatursensor,
wobei vorzugsweise der Dampferzeuger eine Steuervorrichtung für
die Auswertung eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Heizvorrichtung
einen positiven Temperaturkoeffizienten auf. Durch die Ausbildung
der Heizvorrichtung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten,
also als Kaltleiter, kann die Heizvorrichtung auf einfache Weise
als Temperatursensor verwendet werden, da der Widerstand der Heiz vorrichtung
ja mit steigender Temperatur ebenfalls ansteigt. Die Verwendung
der Heizvorrichtung als Füllstandssensor funktioniert im wesentlichen
nach dem selben Prinzip, da die Temperatur der Heizvorrichtung in
Bereichen, in denen kein zu verdampfendes Wasser mehr vorhanden
ist, um einen geringen Betrag ansteigen kann.
-
Die
Heizvorrichtung kann für die Füllstandserkennung,
jedoch selbstverständlich nicht nur zu diesem Zweck, in
einzelne Heizbereiche unterteilt sein, beispielsweise in im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufende Streifen. Diese Streifen können dann
vorzugsweise auch im Wesentlichen parallel zum Verlauf von Füllstandsebenen
angeordnet sein, so dass ein sinkender oder steigender Füllstand
beim Absinken bzw. Ansteigen nacheinander die einzelnen Streifen
passiert. Bei entsprechender Ausbildung des Behälters wird
dann die von den einzelnen Streifen erzeugte Heizleistung, je nachdem,
ob die Streifen beim jeweils aktuellen Füllstand unterhalb oder
oberhalb einer Füllstandslinie liegen, besser oder weniger
gut in das Wasser übertragen. Ist ein Streifen oberhalb
der Füllstandlinie angeordnet, erhitzt er sich selbst mehr,
so dass sich aus dem bereichsweisen Anstieg der Temperatur der Heizvorrichtung
Rückschlüsse auf den Füllstand des Dampferzeugers
ziehen lassen.
-
Die
Flächenleistung der Heizvorrichtung ist vorteilhaft größer
als 20 W/cm2, besonders vorteilhaft zwischen
25 W/cm2 und 75 W/cm2.
Die Leistung pro Wassermenge im Behälter ohne den vorgenannten Verdrängungskörper
kann ca. 10 W/ml und mit dem Verdrängungskörper
ca. 30 W/ml bis 100 W/ml betragen.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Garvorrichtung
mit einem Dampferzeuger gelöst, wobei die Garvorrichtung
ein Dampfgarer ist. Derartige Dampfgarer sind wie vorstehend bereits
genannt als sogenannte Steamer bekannt.
-
Eine
weitere Lösung der Aufgabe, die der Erfindung zugrunde
liegt, ist ein Verfahren zum Betrieb einer Heizvorrichtung für
einen Dampferzeuger, wobei dabei eine Temperatur des zu verdampfenden Wassers
und eine Temperatur der Heizvorrichtung ermittelt wird. Ausgehend
von den ermittelten Temperaturen wird der Zustand des Dampferzeugers
ermittelt, insbesondere mittels einer Steuervorrichtung. Die Temperatur
des zu verdampfenden Wassers kann beispielsweise mittels eines zusätzlichen
Temperatursensors ermittelt werden, der unabhängig von der
Heizvorrichtung bzw. der Temperaturermittlung mittels der Heizvorrichtung
arbeiten kann. Der Zustand des Dampfgarers, der mittels des vorgenannten
Verfahrens ermittelt wird, betrifft insbesondere den Verkalkungsgrad
des Verdampfers. Dieser kann beispielsweise ermittelt werden, indem
der Wirkungsgrad der Heizvorrichtung überwacht wird. Dieser
Wirkungsgrad ergibt sich aus der Temperatur der Heizvorrichtung,
der Veränderung der Temperatur der Heizvorrichtung, der
Temperatur des Wassers sowie aus der Veränderung der Temperatur
des zu verdampfenden Wassers. Dauert die Zeitspanne bis zum Erreichen
einer bestimmten Temperatur des Wassers bei im Wesentlichen gleichbleibender
Temperatur der Heizvorrichtung vergleichsweise lang, so ist dies
ein im Wesentlichen eindeutiges Indiz für die fortgeschrittene
Verkalkung des Dampferzeugers, da eine Kalkschicht ein vergleichsweise
guter Wärmeisolator ist. Dann sind Vergleichsmessungen
mit vollem Wasserstand notwendig, um beurteilen zu können,
wie sich Zeitspanne zum Erreichen einer bestimmten Temperatur ändert.
Es kann ein Signal mit der Aufforderung zum Entkalken an eine Bedienperson
ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine
Anti-Haft-Beschichtung das Festsetzen von Kalk verhindern oder verringern.
-
Der
sich verändernde Verkalkungsgrad kann beispielsweise mittels
einer entsprechenden Steuervorrichtung ermittelt werden, wobei diese
Steuervorrichtung dann ein entsprechendes Signal ausgeben kann.
Eine derartige Steuervorrichtung kann beispielsweise als Mikroprozessor,
SPS-Einheit, als elektronische Bauteilanordnung oder dergleichen ausgebil det
sein. Die Steuereinheit kann als separate, lediglich dem Dampferzeuger
zugeordnete Baueinheit vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass
die genannte Steuereinheit ein Teil einer Steuereinheit beispielsweise
für einen Dampfgarer ist, in dem der erfindungsgemäße
Dampferzeuger angeordnet ist.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung wird ein Füllstand des Dampferzeugers
mittels des elektrischen Widerstandes der Heizvorrichtung detektiert.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Heizvorrichtung abgeschaltet,
wenn der Widerstand der Heizvorrichtung einen voreingestellten Wert übersteigt
und der Strom bzw. die Leistung einen bestimmten Wert unterschreiten.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Heizvorrichtung
nicht überhitzt und somit auch im wesentlichen gegen Durchbrennen
abgesichert ist.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem durch
ein Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung für
einen Dampferzeuger gelöst, bei dem die Heizvorrichtung
als Dickschichtheizvorrichtung mittels eines Druckverfahrens, insbesondere
eines Siebdruckverfahrens, auf eine Oberfläche des Behälters
aufgebracht wird. Die Verwendung von Siebdruckverfahren zum Aufbringen
von Dickschichtbauteilen auf einem Substrat ist eine gemeinhin bekannte
und beherrschte Technologie. Auf diese Weise wird also die Herstellung
der erfindungsgemäßen Dickschichtheizvorrichtung
vereinfacht und ein vergleichsweise hoher Qualitätsstandard
garantiert.
-
Ein
Verfahren zum Kühlen einer Heizvorrichtung eines Dampferzeugers
kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch lösen.
Gemäß diesem Verfahren wird die Heizvorrichtung
in einem Bereich durch an der Heizvorrichtung vorbeigeführten Dampf
gekühlt, insbesondere wenn das zu verdampfende Wasser soweit
verdampft ist, dass sich seine Oberfläche unterhalb einer
Oberkante der Heizvorrichtung befindet. Dann verkleinert sich der
Wasserführungsbereich mit dem Wasserstand und der Dampfführungsbereich
erstreckt sich zunehmend nach unten zur Kühlung der beheizten
Bereiche bzw. der Heizvorrichtung.
-
Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren
in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich schutzfähige Ausführungen
darstellen können, für die hier Schutz beansprucht
wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und
Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen
gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Verschiedene
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausführungsformen weisen
teilweise Merkmale auf, die die anderen dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung nicht aufweisen. Die einzelnen Merkmale können
jedoch, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, beliebig miteinander
kombiniert werden. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers
gemäß einer ersten Ausführungsform mit
einem in dem Dampferzeuger angeordneten Verdrängungskörper
und einer Heizvorrichtung,
-
2 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers
gemäß einer zweiten Ausführungsform mit
einem Verdrängungskörper und mehreren in dem Dampferzeuger
angeordneten Heizvorrichtungen,
-
3 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers
gemäß einer dritten Ausführungsform mit
einer Heizvorrichtung und mehreren an dem Dampferzeuger vorgesehenen
Temperatursensoren, sowie
-
4 eine
Garvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger.
-
Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
-
Ein
in 1 dargestellter Dampferzeuger 110 weist
einen Behälter 112 auf, der aus einem Rohrabschnitt 114 und
einem Bodenelement 116 gebildet ist. Der Behälter 112 ist
für die Aufnahme von zu verdampfenden Wasser 118 ausgebildet.
In dem Behälter 112 ist ein Verdrängungskörper 120 angeordnet,
der aus einem rohrartigen Abschnitt 122 in Zusammenwirkung
mit einem Teil des Bodenabschnitts 116 gebildet ist. Der
Verdrängungskörper 120 ist im wesentlichen
koaxial zum Behälter 112. Der Durchmesser des
rohrartigen Abschnitts 122 des Verdrängungskörpers 120 ist
kleiner als der Durchmesser des Rohrabschnitts 114 des
Behälters. Dadurch ergibt sich ein Ringbereich 124 mit
dem Wasser 118 darin.
-
Auf
einer äußeren Oberfläche 126 des
Rohrabschnitts 114 ist eine Heizvorrichtung 128 angebracht.
Die Heizvorrichtung 128 ist als Dickschichtheizvorrichtung 130 ausgebildet
und beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens auf dem Rohrabschnitt 114 aufgebracht.
Die Dickschichtheizvorrichtung 130 ist mittels Anschlussvorrichtungen 132 mit im
wesentlichen beliebigen Steuermitteln verbindbar, die in 1 nicht
dargestellt sind.
-
Der
Behälter 112 ist mittels eines Adapterrings 134 mit
einem Dampfrohr 136 verbunden. Mittels des Dampfrohres 136 wird
der Dampf, der von dem Dampferzeuger 110 erzeugt wird,
einer in 1 nicht dargestellten Garvorrichtung
oder dergleichen zugeführt. Um mittels des Dampferzeugers 110 Dampf
zu erzeugen, wird der Ringbereich 124 mit dem zu verdampfenden
Wasser 118 befüllt. Die Befüllung erfolgt
vorzugswei se mittels einer direkt mit dem Ringbereich verbundenen
Wasserzuführung, die in den Abbildungen nicht dargestellt
ist. Die Mindestfüllhöhe des Behälters 112 bzw.
des Ringbereichs 124 beim Einschalten der Heizvorrichtung
ist in 1 mittels einer durchgezogen dargestellten Wellenlinie 138 angedeutet.
Die Mindestfüllhöhe entspricht im wesentlichen
der Oberkante der Dickschichtheizvorrichtung 130. Im Verlauf
des Verdampfungsvorgangs des zu verdampfenden Wassers 118 sinkt
die Füllhöhe 138 immer weiter, sofern
nicht neues Wasser nachgefüllt wird. Die sinkenden Füllhöhen sind
durch unterschiedlich ausgeführte Wellenlinien 140, 142, 144 dargestellt,
wobei die in der Betrachtungsebene unterste Wellenlinie 144 den
Restfüllstand mit Restwassermenge nach Verdampfung darstellt.
-
Mittels
einer nicht dargestellten Steuervorrichtung kann beispielsweise
der elektrische Widerstand der Dickschichtheizvorrichtung 130 ermittelt werden,
woraus sich direkt die aktuelle gemittelte Temperatur der Dickschichtheizvorrichtung 130 ableiten
lässt. Diese Möglichkeit stellt eine Sicherungsmöglichkeit
der Dickschichtheizvorrichtung 130 dar, da dadurch eine Überhitzung
und somit eine Zerstörung der Dickschichtheizvorrichtung 130 vermieden werden
kann. Es hat sich gezeigt, dass die Temperatur der Dickschichtheizvorrichtung 130 während
des Verdampfungsvorgangs gleich gehalten werden kann, solange der
Füllstand des Ringbereichs 124 über dem
Restfüllstand 144 liegt. Dieser Effekt lässt sich
dadurch erklären, dass der Dampf, der an der Oberfläche
des Rohrabschnitts 114 aufsteigt entlang des Dampfführungsbereichs,
diesen Rohrabschnitt 114 kühlt, wodurch die Dickschichtheizvorrichtung 130 ebenfalls
gekühlt wird. Fällt jedoch der Füllstand unter
den durch die Wellenlinie gekennzeichneten Restfüllstand 144,
so wird nicht mehr ausreichend Dampf erzeugt, um die Dickschichtheizvorrichtung ausreichend
zu kühlen. Entsprechend steigt ihre Temperatur an, wodurch
sich auch, bei Verwendung eines Kaltleiters als Heizvorrichtung,
der Widerstand der Dickschichtheizvorrichtung 130 erhöht,
was erfasst werden kann.
-
Der
Bereich mit der aktuellen Füllhöhe des Wassers
ist der Wasserführungsbereich, in dem die Dickschichtheizvorrichtung 130 sowieso
gekühlt wird durch das Wasser. An den Wasserführungsbereich schließt
sich nach oben nahtlos der Dampfführungsbereichs an, in
dem die Dickschichtheizvorrichtung 130 auch noch durch
den vorbeiströmenden Dampf gekühlt wird. Deswegen
ist es für die Erfindung wichtig, dass entweder der Wasserführungsbereich
oder zumindest der Dampfführungsbereich an der beheizten
Fläche mit der Heizvorrichtung sind.
-
Im
Unterschied zu 1 ist bei dem Dampferzeuger 210 in 2 nicht
nur eine Heizvorrichtung 228 am Rohrabschnitt 214 vorgesehen,
sondern vielmehr auch an einer inneren Oberfläche 246 des
rohrartigen Abschnitts 222 des Verdrängungskörpers 220 eine
weitere Heizvorrichtung 248 vorgesehen. Diese Heizvorrichtung 248 ist
ebenfalls als Dickschichtheizvorrichtung 250 ausgebildet,
die ebenfalls mittels Anschlussvorrichtungen 252 mit einer
nicht dargestellten Steuervorrichtung verbunden ist. Die beiden Dickschichtheizvorrichtungen 230, 250 dienen
zum Beheizen des Ringbereichs 224 mit dem zu verdampfenden
Wasser 218. Durch das Vorsehen der zweiten Dickschichtheizvorrichtung 250 wird
das Ansprechverhalten des Dampferzeugers 210 bezüglich der
Bereitstellungszeit, die insbesondere zwischen dem Anschalten des
Dampferzeugers und dem Bereitstellen von Dampf vergeht, deutlich
verbessert, da eine deutlich größere Heizleistung
pro Volumeneinheit zu verdampfenden Wassers 218 zur Verfügung steht.
-
Schließlich
ist der 2 noch eine dritte Heizvorrichtung 254 zu
entnehmen, die im Bodenabschnitt 216 des Dampferzeugers
angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 254 kann im wesentlichen
beliebig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist sie jedoch, wie auch
die anderen Heizvorrichtungen 228, 248, im Wesentlichen
ringartig ausgebildet, umgibt also eine Mittellängsachse 256 des
Dampferzeugers radial. Besonders bevorzugt sind die Heizvorrichtungen 228, 248, 254 koaxial
zueinander angeordnet. Die Heizvorrichtung 254 wird im
wesentlichen dazu verwendet, Res te einer zu verdampfenden Flüssigkeit 218 nach
Beendigung des Betriebs des Dampferzeugers aus dem Ringbereich 224 zu
entfernen. Dadurch lässt sich das Entstehen von sogenannten Keimnestern
verhindern. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Heizvorrichtung 254 auch
im normalen Verdampferbetrieb des Dampferzeugers 214 Verwendung
findet. Das Problem der Restwassermenge kann auch durch einen hochgewölbten
oder innen nach oben versetzten Boden konstruktiv entschärft
oder gelöst werden.
-
Der
in 3 dargestellte Dampferzeuger 310 weist
im Unterschied zu den Dampferzeugern der 1 und 2 keinen
Verdrängungskörper auf. Somit muss mit einer Dickschichtheizvorrichtung 330 des
Dampferzeugers 310 ein im Vergleich zu den in 1 und 2 gezeigten
Volumina des Wasser großes Volumen von zu verdampfendem
Wasser erhitzt werden, bis eine ausreichende Menge an Dampf zur
Verfügung steht beziehungsweise erzeugt werden kann. Bei
dem in 3 dargestellten Dampferzeuger 310 sind
jedoch zusätzlich ein erster Temperatursensor 358 für
die Dickschichtheizvorrichtung 330 sowie ein zweiter Temperatursensor 360 für
das zu verdampfende Wasser 318 vorgesehen. Beide Temperatursensoren 358, 360 sind
mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden. Diese kann separat
oder als Teil einer Steuereinheit der Heizvorrichtung beziehungsweise
der Garvorrichtung ausgeführt sein. Mittels der Temperatursensoren 358, 360 lässt
sich beispielsweise ein Verkalkungsgrad des Dampferzeugers 310 feststellen,
insbesondere des Behälters 312. Wird beispielsweise
für das Erreichen der Siedetemperatur des zu verdampfenden
Wassers 318 ein Zeitintervall benötigt, das länger
dauert als ein vorher festgelegtes Zeitintervall, wobei der Temperatursensor 360 für
das Erkennen der Siedetemperatur des zu verdampfenden Wassers 318 vorgesehen
ist, so ist dies ein Indiz dafür, dass nicht ausreichend
Heizleistung zur Verfügung steht. Dies kann darin begründet
liegen, dass die Heizvorrichtung 328, im vorliegenden Fall
die Dickschichtheizvorrichtung 330, defekt ist. Es kann
jedoch auch ein Indiz dafür sein, dass die Übertragung
der Heizleistung der Dickschichtheizvorrichtung 330 in
das zu verdampfende Wasser nicht in gewünschtem Maße
erfolgt. Eine Behinderung der Übertragung der Heizleistung kann
beispielsweise durch eine Kalkschicht auf der inneren Oberfläche 362 des
Rohrabschnitts 314 begründet. Die Unterscheidung
dieser beiden Indizien ist mittels des ersten Temperatursensors 358 möglich,
da dieser Rückschlüsse darauf zulässt,
ob die Heizvorrichtung 328 in gewünschten beziehungsweise
gegebenenfalls vorbestimmten Parametergrenzen funktioniert.
-
Aus
der 3 ist auch noch zu entnehmen, dass ein Durchmesser
D des Behälters 312 in einem bestimmten Verhältnis
zu einer Höhe H der Heizvorrichtung 328 und somit
zur beheizten Fläche steht, nämlich zwischen 1:4
und 10:1.
-
Die
in 4 dargestellte Garvorrichtung 464 ist
mit einem erfindungsgemäßen Dampferzeuger 410 ausgestattet.
Die Garvorrichtung 464 ist als sogenannter Steamer ausgebildet,
kann jedoch ebenfalls jede andere Garvorrichtung sein, in der Dampf zum
Garen von Lebensmitteln oder dergleichen Anwendung findet. Die Garvorrichtung 464 ist
mittels lediglich schematisch dargestellten Anschlussleitungen 466 beispielsweise
mit einem Stromnetz und/oder einem Wassernetz verbunden. Ausgehend vom
Dampferzeuger 410 verläuft ein Kanal 468 für die
Dampfführung in eine mittels einer Tür 470 verschließbaren
Garkammer 472 der Garvorrichtung 464.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-