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Die
Erfindung betrifft einen Dampfkessel für ein Haushaltsgerät
mit einem befüllbaren Dampfkessel und ein Verfahren zum
Betreiben eines Dampfkessels nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Haushaltsgeräte
mit Dampferzeugung werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt.
So wird zunehmend in Haushalten Dampf zur Reinigung von Fenstern,
Böden und Einrichtungsgegenständen verwendet und
insbesondere zum Bügeln eingesetzt. So ist aus der
DE 697 27 211 T2 eine
Dampfbügeleisenstation mit einem Dampfkessel bekannt. Üblicherweise
wird Dampf in einem Dampfkessel erzeugt, indem Flüssigkeit
zugeführt und mit einem elektrischen Widerstandserhitzer
verkocht wird, bis Dampf entsteht, der vorzugsweise in einem bestimmten
Druckbereich einem angeschlossenen Verbraucher, z. B. einem Bügeleisen,
zu Verfügung gestellt wird. Im Dampfkessel ist ein NTC-Widerstandselement
als Temperatursensor angeordnet, der bei ausreichender Flüssigkeitszufuhr
im Dampfkessel die Flüssigkeitszufuhr zum Dampfkessel ein
Signal ausgibt, dass die Flüssigkeitszufuhr in den Dampfkessel
stoppt. Ein Problem bei kontinuierlich nachfüllbaren Dampfkesseln ist
die Kontrolle des Drucks des Dampfes und des Flüssigkeitspegels
innerhalb des Dampfkessels. Mit jeder Dampfentnahme durch einen
Anwender sinkt der Druck im Dampfkessel. Der Druck des austretenden
Dampfes soll so stabil wie möglich gehalten werden, um
ein komfortables Bügeln zu ermöglichen. Sinkt
der Flüssigkeitspegel im Dampfkessel ab, muss Flüssigkeit
nachgefüllt werden. Das Nachfüllen kühlt den
Dampfkessel ab, so dass der Druck innerhalb des Dampfkessels absinkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampfkessel für
ein Haushaltsgerät mit einem befüllbaren Dampfkessel
zu schaffen, der stabilere Druckverhältnisse bereitstellen
kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines
Dampfkessels mit stabileren Druckverhältnissen anzugeben.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Es
wird ein Dampfkessel für ein Haushaltsgerät mit
einem befüllbaren Dampfkessel mit einem von Begrenzungswänden
umschlossenen Innenraum vorgeschlagen, wobei in wenigstens einer
Begrenzungswand ein Einlass für eine Flüssigkeit
vorgesehen ist, und bei dem ein erster Sensor zur Erfassung einer
Dampftemperatur und ein zweiter Sensor zur Erfassung einer Dampfmenge
im Dampfkessel vorgesehen ist. Der Druck im Dampfkessel ist über eine
erste Regelschleife unter Berücksichtigung eines Sensorsignals
des ersten Sensors und die Dampfmenge im Dampfkessel über
eine zweite Regelschleife unter Berücksichtigung wenigstens
eines Sensorsignals des zweiten Sensors einstellbar.
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Vorteilhaft
kann mit dem erfindungsgemäßen Dampfkessel die
Dampfmenge unabhängig vom Dampfdruck im Dampfkessel eingestellt
werden.
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Es
kann gemäß einer günstigen Weiterbildung
der Erfindung eine Einheit mit dem ersten und/oder zweiten Sensor
zur Verarbeitung der Sensorsignale und zum Ansteuern eines Heizelements und
einer Flüssigkeitszufuhr zum Dampfkessel gekoppelt sein.
Bevorzugt kann auch ein Ventil zur Dampfentnahme aus dem Dampfkessel
mit der Einheit gekoppelt sein, wobei ein Betriebszustand des Ventils
der ersten und/oder zweiten Regelschleife zuführbar sein
kann. Die Einheit kann eine Regeleinheit oder eine Steuereinheit
sein. Dadurch, dass ein Betriebszustand des Ventils bei der Einstellung
der Dampfmenge und/oder des Drucks berücksichtigt werden
kann, kann eine weitere Verbesserung des Betriebsverhaltens des
Haushaltsgeräts erreicht werden.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann aus
dem ersten Sensorsignal ein Druck im Dampfkessel ableitbar sein.
Aus der von dem Sensor erfassten Temperatur im Dampfbereich des
Dampfkessels kann der Druck des Dampfes abgeleitet werden, der proportional
zur Dampftemperatur ist.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann aus
einem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal ein Flüssigkeitspegel
im Dampfkessel ableitbar sein. Vorteilhaft können die vom
ersten und zweiten Sensor erfassten Temperaturen verglichen und
daraus ein Signal zum Einstellen eines Flüssigkeitspegels
im Dampfkessel gebildet werden.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der
erste Sensor an einen Dampfraum des Dampfkessels gekoppelt sein.
Die Montage lässt sich einfach bewerkstelligen.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der
zweite Sensor benachbart zu einem Heizelement des Dampfkessels gekoppelt
sein. Dadurch kann zuverlässig ein Füllstand der
Flüssigkeit im Dampfkessel erfasst werden.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung können
der Sensor und/oder der zweite Sensor ein Temperatursensor sein.
Die Temperatur im Dampfraum und die Temperatur im Bereich des Heizelements
können auf einfache Weise mit hinreichender Genauigkeit
erfasst werden.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der
Sensor und oder der zweite Sensor ein NTC-Widerstandselement umfassen.
Ein NTC-Widerstandselement weist einen vorteilhaften temperaturabhängigen
elektrischen Widerstand auf, der bei hohen Temperaturen geringer
ist als bei niedrigen Temperaturen.
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Der
Dampfkessel kann bevorzugt für ein Haushaltsgerät
verwendet werden, das als Dampfbügeleisenstation mit einem
an den Dampfkessel angekoppelten Dampfbügeleisen ausgestaltet
ist. Der Dampfkessel kann ein separates Bauteil sein, an welches
das Dampfbügeleisen angekoppelt ist. Der Dampfkessel kann
jedoch auch in das Dampfbügeleisen integriert sein. Die
Erfindung erlaubt ein komfortables Bügeln.
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Der
Dampfkessel kann weiterhin bevorzugt für ein Haushaltsgerät
verwendet werden, das als Dampfreinigungsstation mit einem an den
Dampfkessel angekoppelten Dampfreinigungsgerät ausgestaltet
ist. Die Erfindung erlaubt ein komfortables Reinigen mit dem Haushaltsgerät.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines
Dampfkessels vorgeschlagen, bei dem ein Druck im Dampfkessel über
eine erste Regelschleife unter Berücksichtigung eines Sensorsignals
eines ersten Sensors und eine Dampfmenge im Dampfkessel über
eine zweite Regelschleife wenigstens unter Berücksichtigung
eines Sensorsignals eines zweiten Sensors einstellbar ist. Die beiden
Regelschleifen können unabhängig voneinander betrieben
werden, so dass Dampfmenge und Druck des Dampfes im Dampfkessel
unabhängig voneinander eingestellt werden können.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann für
die erste Regelschleife eine Dampftemperatur erfasst werden, aus
der ein Druck im Dampfkessel abgeleitet wird.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann für
die zweite Regelschleife eine Flüssigkeitstemperatur erfasst
werden, aus der eine Flüssigkeitsmenge und/oder eine Dampfmenge im
Dampfkessel abgeleitet wird.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann ein
Betriebszustand eines Ventils zur Entnahme von Dampf aus dem Dampfkessel
der ersten und/oder zweiten Regelschleife zugeführt werden.
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Anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Dabei
zeigen
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1 eine
schematische Ansicht eines bevorzugten Haushaltsgeräts
mit einem bevorzugten Dampfkessel nach der Erfindung mit einer ersten
und zweiten Regelschleife; und
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2 im
Schnitt einen bevorzugten Dampfkessel mit einem ersten Sensor zur
Erfassung der Dampftemperatur und einem zweiten Sensor zur Erfassung
eines Flüssigkeitsfüllstands.
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In
den Figuren werden gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
beispielhaft ein als Dampfbügeleisenstation ausgebildetes
bevorzugtes Haushaltsgerät 10 mit einem Dampfkessel 20 und
einem damit verbundenen Verbraucher 12, der z. B. als Dampfbügeleisen
ausgebildet ist. Der als Dampfbügeleisen ausgebildete Verbraucher 12 ist
mit einem Schlauch 14 an einen Auslass 44 des
Dampfkessels 20 angeschlossen und wird über diesen
mit Dampf versorgt.
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Der
Dampfkessel 20 ist im Schnitt in 2 dargestellt,
die in Verbindung mit 1 beschrieben wird. Der Dampfkessel 20 weist
Begrenzungswände 22, 24, 26, 28, 30, 32 auf,
die einen Innenraum 46 umschließen, in welchem
Flüssigkeit 76, z. B. Wasser, verdampft werden
kann, welches über eine Zuleitung 16 von einer
Pumpeneinrichtung 18 oder einem Reservoir (nicht dargestellt)
zugeführt wird. Die Flüssigkeit 76 gelangt über
eine Öffnung 42 eines Einlasses 40 in
den Dampfkessel 20. Zum Erhitzen der Flüssigkeit 76 ist
ein Heizelement 60 vorgesehen, das mit elektrischen Anschlüssen 62, 64 versehen
ist und das im befüllten Zustand in die Flüssigkeit 76 im Flüssigkeitsraum 72 des
Dampfkessels 20 eintaucht.
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Das
Heizelement 60 erhitzt die Flüssigkeit 76 auf
eine Temperatur nahe des Siedepunkts der Flüssigkeit 76 und
verdampft eine gewisse Menge, die sich als Dampf im Dampfraum 48 des
Dampfkessels 20 sammelt. Sinkt der Flüssigkeitspegel 74 zu
weit ab, wird Flüssigkeit 76, vorzugsweise automatisch, nachgefüllt.
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An
der Außenseite des Dampfkessels 20 ist ein erster
Sensor 50 an einer Begrenzungswand 26 und ein
zweiter Sensor 52 an einer anderen Begrenzungswand 24 angeordnet.
Die Sensoren 50, 52 sind auf unterschiedlicher
Höhe am Dampfkessel 20 angebracht.
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Der
obere Sensor 50, z. B. ein NTC-Widerstandselement, ist
im Bereich eines Dampfraums 48 im oberen Bereich des Dampfkessels 20 angeordnet, der
sich geodätisch oberhalb der Flüssigkeit 76 im Dampfkessel 20 befindet.
Der erste Sensor 50 kann z. B. die Temperatur T1 des Dampfes
im Dampfraum messen. Aus der Temperatur t1 des Dampfes kann der
Dampfdruck bestimmt werden.
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Der
untere Sensor 52 kann vorzugsweise in einem Bereich benachbart
zum Heizelement 60 angeordnet sein. Die Temperatur T2 in
diesem Bereich hängt, bei jeweils gleicher Aufheizzeit,
von der Menge der Flüssigkeit 76, z. B. Wasser,
ab, die im Dampfkessel 20 vorhanden ist. Wird diese Temperatur
T2 mit Dampftemperatur verglichen, kann daraus die Flüssigkeitsmenge
bzw. der Füllstand der Flüssigkeit 76 im
Dampfkessel 20 abgeleitet werden. Bei konstantem Druck
kann aus der Wassermenge auf die Dampfmenge geschlossen werden.
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Die
Sensorsignale der Sensoren 50, 52 sind einer Einheit 80 zuführbar.
Die Einheit 80 kann eine Regel und/oder Steuereinheit sein,
welche den Dampfdruck und die Dampfmenge im Dampfkessel 20 anhand
der Sensorsignale des ersten und zweiten Sensors 50, 52 einstellt.
Die Einheit 80 steuert den Heizer 60 und die Pumpeinrichtung 18 entsprechend den
Sensorsignalen der Sensoren 50, 52 an. Durch die
Sensoren 50, 52 stehen zwei unabhängige
Regelschleifen 100, 200 zur Verfügung,
mit denen der Druck und die Dampfmenge eingestellt werden können.
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Der
erste Sensor 50, z. B. ein NTC-Widerstandselement, bestimmt
die Dampftemperatur T1, der proportional zum Dampfdruck ist. Dies
kann in der ersten Regelschleife 100 zur Einstellung der Dampfmenge
verwendet werden. Ist der Dampfdruck geringer als ein vorgegebener
Solldruck A wird eine Druckeinstellung 102 vorgenommen
und eine Aktivierung 104 des Heizelements 60 erfolgt,
indem z. B. ein Relais geschaltet wird.
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Bei
konstantem Druck ist die Dampfmenge im Dampfraum 48 äquivalent
zum Füllstand der Flüssigkeit 76. Die
Temperatur, welche vom zweiten Sensor 52 erfasst wird,
ist abhängig vom Flüssigkeitspegel 74 im
Dampfkessel 20. Für die zweite Regelschleife 200 zur
Einstellung des Flüssigkeitspegels bzw. der Dampfmenge
wird die Temperatur T2 des zweiten Sensors 52 eingespeist
und mit der Temperatur des ersten Sensors 50 verglichen.
Der Flüssigkeitspegel 74 soll einen Sollwert B
aufweisen. Entsprechend der aktuellen Temperaturen T1, T2 kann die
Pegeleinstellung 202 erfolgen und ein Schalter zur Aktivierung 204 der
Pumpeinrichtung 18 entsprechend angesteuert werden, indem
z. B. ein Transistor angesteuert wird.
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Weiterhin
kann ein Ventil (nicht dargestellt) zur Dampfentnahme aus dem Dampfkessel 20 mit der
Einheit 80 gekoppelt sein, bzw. als Eingangsgröße
für die beiden Regelschleifen 100 und 200 dienen. Das
Ventil kann mit einem Betätigungsmittel 12a am Verbraucher 12,
z. B. einem Druckknopf, einem Schiebeventil oder dergleichen, betätigt
werden.
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Wird
dieses Signal, z. B. „Ventil offen” oder „Ventil
geschlossen” mit in die Regelschleifen 100, 200 einbezogen,
kann die Einheit 80 auf verschiedene Weise reagieren, abhängig davon,
ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Im geschlossenen
Zustand tritt kein Dampf aus, und Druck und Flüssigkeitspegel 74 variieren
weniger als wenn das Ventil geöffnet ist. Ist das Ventil
geöffnet, sinkt der Druck im Dampfkessel, und es kann entsprechend
eine höhere Heizleistung aufgebracht werden und/oder mehr Flüssigkeit 76 zugeführt
werden.
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Der
Druck des austretenden Dampfes und die Menge (Dosierung) des austretenden
Dampfes hängen von der Dampfmenge im Innenraum 46 des Dampfkessels
und dessen Druck ab.
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Mit
konventionellen Regelsystemen sind Druck und Dosierung eng verknüpft.
Die einzige Methode, mit der die Dosierung in bekannten Systemen beeinflusst
werden kann, besteht darin, den Druck im Dampfkessel 20 zu
erhöhen. Damit ist der Dampfkessel 20 im Verhältnis
zwischen Volumen und Leistung in engen Grenzen festgelegt. Die Erfindung
erlaubt hier eine erhöhte mehr Flexibilität.
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Die
Funktionsweise des Dampfkessels 20 ist gemäß der
Erfindung verbessert, und der Druck des Dampfes variiert für
gleiche Arbeitsabläufe in geringerem Maße als
in bekannten Systemen. Der erfindungsgemäße Dampfkessel
ist preiswert und effektiv in der Herstellung.
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- 10
- Haushaltsgerät
- 12
- Verbraucher
- 14
- Verbindung
- 16
- Verbindung
- 18
- Pumpeinrichtung
- 20
- Dampfkessel
- 22
- Begrenzungswand
- 24
- Begrenzungswand
- 26
- Begrenzungswand
- 28
- Begrenzungswand
- 30
- Begrenzungswand
- 32
- Begrenzungswand
- 40
- Einlass
- 42
- Öffnung
- 44
- Auslass
- 46
- Innenraum
- 48
- Dampfraum
- 50
- Sensor
- 52
- Sensor
- 60
- Heizer
- 62
- Anschluss
- 64
- Anschluss
- 72
- Flüssigkeitsraum
- 74
- Pegel
- 76
- Flüssigkeit
- 80
- Steuergerät
- T1
- Dampftemperatur
- T2
- Temperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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