-
Die Erfindung betrifft ein Elektrogerät zum Erhitzen einer Flüssigkeit, das ein Reservoir für die zu erhitzende Flüssigkeit und ein elektrisch betreibbares Heizelement aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erhitzen einer Flüssigkeit in einem Reservoir mittels eines elektrisch betreibbaren Heizelements.
-
Elektrogeräte, insbesondere Haushaltsgeräte, zum Erhitzen von Flüssigkeiten nutzen häufig eine Widerstandsheizung. Beispiele hierfür sind Wasserkocher, Kaffeemaschinen, Fritteusen, Eierkocher und dergleichen. Aufgrund der dissipativen Natur der Erhitzung mittels der Widerstandsheizung ist ein Wirkungsgrad der Erhitzung relativ gering und ein Leistungsbedarf des Elektrogeräts hoch.
-
Dokument
DE 20 2017 107 544 U1 beschreibt eine Küchenmaschine mit einem Zubereitungsgefäß. Das Zubereitungsgefäß weist eine Gefäßwandung auf, welche doppelwandig mit einer Innenwandung und einer separat dazu ausgebildeten Außenwandung ausgebildet ist. In dem Zwischenraum zwischen Innenwandung und Außenwandung kann eine Heizeinrichtung mit Peltier-Elementen angeordnet sein.
-
In
US 2016/0353932 A1 wird ein Gerät zur automatischen Zubereitung von Lebensmitteln beschrieben. Ein Behälter des Geräts weist einen Hohlraum auf, der eine Lebensmittelzutat aufnehmen kann. Eine erste Platte ist mit einem ersten Ende des Behälters verbunden und weist ein Loch auf, das die Lebensmittelzutat aufnehmen kann. Eine zweite Platte ist mit einem zweiten Ende des Behälters gekoppelt. Es ist eine Vielzahl von thermoelektrischen Vorrichtungen vorgesehen, die mit dem Behälter gekoppelt sind, um Wärmeenergie mit dem Behälter austauschen.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für ein Elektrogerät zum Erhitzen einer Flüssigkeit anzugeben, welches energieeffizienter betreibbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elektrogerät und ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen 1 bzw. 13 gelöst. Weitere Ausbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen des Elektrogeräts sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, zwei getrennte unterschiedliche Temperaturniveaus zu erzeugen, indem einem Bereich thermische Energie entnommen und an zweiten Bereich als Wärme wenigstens zum Teil abgegeben wird. Die thermische Energie wird also von dem ersten Bereich wenigstens zum Teil auf den zweiten Bereich übertragen.
-
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Elektrogerät zum Erhitzen einer Flüssigkeit angegeben. Das Elektrogerät weist ein Reservoir für die zu erhitzende Flüssigkeit und ein elektrisch betreibbares Heizelement auf. Das Heizelement ist dazu eingerichtet, einem ersten Bereich auf einer dem Reservoir abgewandten Außenseite des Heizelements thermische Energie zu entnehmen und Wärme an einen zweiten Bereich auf einer dem Reservoir zugewandten Innenseite des Heizelements abzugeben, um die Flüssigkeit zu erhitzen. Die Außen- und Innenseite des Reservoirs liegen einander insbesondere gegenüber.
-
Dadurch werden insbesondere ein erstes Temperaturniveau in dem ersten Bereich und ein zweites Temperaturniveau in dem zweiten Bereich erzeugt, wobei das zweite Temperaturniveau höher ist als das erste Temperaturniveau.
-
Die Entnahme der thermischen Energie aus dem ersten Bereich und die Abgabe der Wärme an den zweiten Bereich erfolgen insbesondere unter Aufwendung elektrischer Arbeit, die durch den elektrischen Betrieb des Heizelements verrichtet wird.
-
Der Temperaturunterschied zwischen erstem und zweitem Bereich beziehungsweise Temperaturniveau wird durch das Heizelement basierend auf einem elektrothermischen Analogon zum Prinzip der Wärmepumpe erzeugt. Dabei wird elektrische Arbeit anstelle der mechanischen Arbeit eingesetzt. Dieses Prinzip ist beispielsweise in einem Peltier-Element realisiert. Das Heizelement kann also insbesondere gleichzeitig als Kühlelement, insbesondere auf der dem Reservoir abgewandten Seite des Heizelements, wirken.
-
Der Temperaturunterschied wird insbesondere dadurch erzeugt, dass die dem Reservoir abgewandte Seite des Heizelements gekühlt wird, insbesondere im Vergleich zu einer Umgebungstemperatur des Elektrogeräts oder einer vorgegebenen Referenztemperatur, und die dem Reservoir zugewandte Seite des Heizelements geheizt wird, insbesondere im Vergleich zu der Umgebungstemperatur oder der Referenztemperatur.
-
Die Referenztemperatur kann beispielsweise durch gezieltes Beheizen der dem Reservoir abgewandten Seite des Heizelements definiert werden. Dadurch kann beispielsweise unter Beibehaltung oder näherungsweiser Beibehaltung des Temperaturunterschieds eine höhere Absoluttemperatur, insbesondere des zweiten Temperaturniveaus, erzeugt werden.
-
Insbesondere weist das Heizelement kein Widerstandsheizelement, insbesondere keine Heizwendel, auf.
-
Durch die Verwendung eines elektrothermischen Analogons zur Wärmepumpe und die entsprechende Erzeugung des Temperaturunterschieds kann auf eine Dissipationsheizung zur Erhitzung der Flüssigkeit verzichtet werden. Entsprechend wird nur ein Teil der thermischen Energie der erhitzten Flüssigkeit aus elektrischem Strom gewonnen, während ein weiterer Teil der thermischen Energie aus der Umgebungswärme gewonnen wird. Dementsprechend ist eine höhere Energieeffizienz erzielbar. Durch die höhere Energieeffizienz kann beispielsweise auf eine kabelgebundene Stromversorgung des Elektrogeräts verzichtet werden, beispielsweise durch Einsatz eines Akkus zur Stromversorgung des Elektrogeräts.
-
Bei dem Reservoir kann es sich beispielsweise um einen Kessel, wie beispielsweise bei einem Wasserkocher, einem Dampfbügeleisen oder einem Einkochautomat, oder um ein tellerförmiges Reservoir, wie beispielsweise bei einem Eierkocher, oder auch um ein rohrförmiges Reservoir oder ein Rohr, wie beispielsweise bei einer Kaffeemaschine, insbesondere einer Kaffeemaschine mit Blasenpumpe, handeln.
-
Gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele des Elektrogeräts ist das Elektrogerät als Wasserkocher, Kaffeemaschine, Siebträger-Kaffeemaschine, Direktbrüh-Kaffeemaschine, Perkolator-Kaffeemaschine, Kaffee-Vollautomat, Soßenbereiter, Eierkocher, Joghurtbereiter, Fritteuse, Sous-Vide-Garer, Fonduegerät, Reiskocher, Dampfbügeleisen, Dampfbügelstation oder Einkochautomat ausgebildet.
-
Das Heizelement enthält wenigstens ein Peltier-Element.
-
Das Heizelement erzeugt insbesondere einen Temperaturunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich basierend auf elektrischem Strom, welcher durch den elektrischen Betrieb des Elektrogeräts bereitgestellt wird. Insbesondere kann der Temperaturunterschied von der Stromstärke des Stroms abhängen. Je größer die Stromstärke, desto größer ist insbesondere der Temperaturunterschied.
-
Der Begriff „Peltier-Element“ wird hier und im Folgenden auch für einen Stapel von, insbesondere in Reihe geschalteten, Peltier-Elementen, auch Peltier-Stack genannt, verwendet. Der Begriff „Peltier-Element“ kann aber auch für ein einzelnes Peltier-Element verwendet werden.
-
Das Peltier-Element weist eine zu erhitzende Seite auf, welche dem Reservoir zugewandt ist, um die Wärme an den zweiten Bereich abzugeben. Das Peltier-Element weist eine zu kühlende Seite auf, welche dem Reservoir abgewandt ist, um dem ersten Bereich die thermische Energie zu entnehmen. Gemäß dem Peltier-Effekt wird bei Stromfluss durch das Peltier-Element die Temperaturdifferenz zwischen der zu erhitzenden und der zu kühlenden Seite erzeugt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das wenigstens eine Peltier-Element einen oder mehrere Stapel mit jeweils wenigstens zwei Peltier-Elementen.
-
Innerhalb eines Stapels von Peltier-Elementen sind die einzelnen Peltier-Elemente derart angeordnet, dass eine zu erwärmende oder zu erhitzende Seite des ersten Peltier-Elements einer zu kühlenden Seite des zweiten Peltier-Elements zugewandt ist und so weiter. Mit Vorteil kann durch den Einsatz von Stapeln aus Peltier-Elementen ein höherer Temperaturunterschied pro Oberflächeneinheit des Reservoirs erzielt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät eine Gehäusewand auf, insbesondere ein Gehäuse mit einer Gehäusewand, welche das Reservoir zumindest teilweise umgibt, wobei das Heizelement an einer Innenseite, das heißt an einer dem Reservoir zugewandten Seite, der Gehäusewand angeordnet ist.
-
Insbesondere umgibt die Gehäusewand die Außenseite des Heizelements, insbesondere vollständig.
-
Das Reservoir und/oder das Gehäuse, insbesondere die Gehäusewand, kann beispielsweise zylindrisch oder näherungsweise zylindrisch, kegelstupfförmig oder tonnenförmig ausgebildet sein. Als tonnenförmig kann dabei eine näherungsweise zylindrische, bauchige Form verstanden werden, beispielsweise eine derart modifizierte zylindrische Form, dass ein Radius an einer axialen Mitte des Reservoirs größer ist, als an jeweiligen axialen Enden des Reservoirs.
-
Die Außenseite des Heizelements ist insbesondere der Gehäusewand zugewandt, die Innenseite des Heizelements ist insbesondere der Gehäusewand abgewandt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Innenseite des Heizelements und dem Reservoir eine weitere Gehäusewand des Gehäuses oder eines weiteren Gehäuses angeordnet.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Heizelement eine Vielzahl, also drei oder mehr, Peltier-Elemente, welche nebeneinander an der Innenseite der Gehäusewand angeordnet sind. Insbesondere können die Peltier-Elemente entlang eines Umfangs des Reservoirs, also insbesondere tangential um das Reservoir herum, verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sein. Benachbarte Peltier-Elemente können insbesondere direkt aneinander grenzen oder anliegen um einen Luftaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich zu unterbinden oder einzuschränken.
-
Beispielsweise können die Peltier-Elemente streifenförmig ausgebildet sein, insbesondere mit einer Ausrichtung der Streifen entlang einer axialen Richtung des Reservoirs.
-
Das wenigstens eine Heizelement kann beispielsweise auch eine weitere Vielzahl, also insbesondere drei oder mehr, Peltier-Elemente beinhalten, die beispielsweise axial versetzt zu der Vielzahl von Peltier-Elementen entlang des Umfangs, also insbesondere tangential um das Reservoir herum, angeordnet sind.
-
Jeweilige Längsachsen der streifenförmigen Peltier-Elemente können beispielsweise parallel zu einer Längsachse des Reservoirs ausgerichtet sein und beispielsweise können die Längsachsen der Peltier-Elemente alle gleich weit oder näherungsweise gleich weit von der Längsachse des Reservoirs, entfernt sein, insbesondere in radialer Richtung.
-
Jedes der streifenförmigen Peltier-Elemente kann beispielsweise eine Querachse, welche senkrecht auf der Längsachse steht, aufweisen sowie eine Normalachse, die senkrecht auf der Längs- und der Querachse steht.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht die Querachse der Peltier-Elemente jeweils senkrecht auf einer jeweiligen Radialrichtung ausgehend von der Längsachse des Reservoirs. Die Normalachse ist also parallel zu der Radialrichtung.
-
Das wenigstens eine Peltier-Element weist eine Vielzahl, also drei oder mehr, streifenförmiger Peltier-Elemente mit jeweils einer Längsachse und einer darauf senkrecht stehenden Normalachse auf. Die streifenförmigen Peltier-Elemente sind um das Reservoir herum verteilt angeordnet. Die Längsachsen jeweils benachbarter, insbesondere aller, streifenförmiger Peltier-Elemente sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander oder zur Längsachse des Reservoirs. Alternativ können die Längsachsen der Peltier-Elemente einen definierten Winkel mit der Längsachse des Reservoirs einschließen, insbesondere alle denselben Winkel. Die Normalachsen der benachbarten streifenförmigen Peltier-Elemente sind in unterschiedliche Richtungen bezüglich einer jeweiligen Radialrichtung ausgehend von der Längsachse des Reservoirs verkippt.
-
Daraus ergibt sich beispielsweise eine, aus axialer Richtung des Reservoirs betrachtet, zick-zack-förmige Anordnung der Peltier-Elemente. Dadurch kann mit Vorteil eine höhere Anzahl von Peltier-Elementen entlang des Umfangs des Reservoirs angeordnet werden, was eine höhere Heizleistung ermöglicht.
-
Der Einsatz von Peltier-Elementen für das Heizelement hat insbesondere den Vorteil, dass Peltier-Elemente besonders kompakt sein können und dementsprechend eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweisen. Ein weiterer Vorteil der Peltier-Elemente ist, dass kein Kältemittel eingesetzt werden muss.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Elektrogerät zum Wärmetransport zwischen der Außenseite des Heizelements und der Gehäusewand ein Material, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert.
-
In verschiedenen Ausführungsformen kann der vorbestimmte Schwellwert größer oder gleich 1 W/(m*K), insbesondere größer gleich 10 W/(m*K), insbesondere größer oder gleich 100 W/(m*K) sein. Insbesondere gelten diese Schwellwerte bei Normalbedingungen, insbesondere für Druck und Temperatur der Umgebung.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement oder sind die Peltier-Elemente zumindest teilweise in einem Vergusselement des Elektrogeräts eingebettet, welches das Material enthält oder aus dem Material besteht.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Heizelement oder sind die Peltier-Elemente vollständig in einem flüssigkeitsdichten Vergusselement des Elektrogeräts eingebettet, um das Heizelement vor Beschädigungen durch die Flüssigkeit in dem Reservoir und/oder kondensierte Umgebungsluftfeuchtigkeit zu schützen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Material Graphit oder ein Keramikmaterial, beispielsweise Siliziumkarbid, Aluminiumnitrit oder Aluminiumoxid. Diese Materialien weisen in der genannten Reihenfolge beispielsweise Wärmeleitfähigkeiten bei Normalbedingungen von 119 bis 165 W/(m*K), 350 W/(m*K), 180 bis 220 W/(m*K) und 28 W/(m*K) auf.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gehäusewand gewellt ausgebildet und steht mit dem Material in Kontakt.
-
Dadurch kann eine vergrößerte Oberfläche der Gehäusewand erzeugt werden, was einen Wärmeabtransport oder einen Wärmeaustausch zwischen der Außenseite des Heizelements und der Umgebung des Elektrogeräts verbessern kann.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Elektrogerät zum Wärmetransport zwischen dem Reservoir und der Innenseite des Heizelements ein weiteres Material, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als ein vorbestimmter weiterer Schwellwert.
-
Bei dem weiteren Material kann es sich um dasselbe Material handeln wie bei dem Material zwischen der Außenseite des Heizelements und der Gehäusewand. Insbesondere können der vorbestimmte weitere Schwellwert und der vorbestimmte Schwellwert gleich sein.
-
Durch den verbesserten Wärmetransport kann ein Wärmeaustausch zwischen der erhitzten Seite des Heizelements, also zwischen der Innenseite des Heizelements, und dem Reservoir, also auch der zu erhitzenden Flüssigkeit, verbessert werden.
-
Das Vergusselement kann in verschiedenen Ausführungsformen sowohl das Material zwischen Außenseite des Heizelements und Gehäusewand als auch das weitere Material zwischen Reservoir und Innenseite des Heizelements beinhalten.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein vordefinierter Mindestanteil des Reservoirs, insbesondere einer Oberfläche des Reservoirs, von dem Heizelement umgeben.
-
Dementsprechend kann für Anwendungsfälle, bei denen eine höhere Flüssigkeitstemperatur erzielt werden soll, beispielsweise bei einem Wasserkocher oder einer Fritteuse, ein größerer Anteil der Reservoiroberfläche von dem Heizelement beziehungsweise den Peltier-Elementen umgeben sein, als beispielsweise bei Anwendungsfällen, die mit geringerer Temperatur der Flüssigkeit auskommen, wie beispielsweise einem Soßenbereiter oder einem Sous-Vide-Gerät.
-
Insbesondere ist der vordefinierte Mindestanteil derart gewählt, dass eine zu erreichende maximale Temperatur zum Erhitzen der Flüssigkeit erzielbar ist. Der vordefinierte Mindestanteil kann beispielsweise bei einer zylinder-, kegelstumpf- oder tonnenförmigen Ausgestaltung des Reservoirs in einem Bereich von 25 bis 100% der Manteloberfläche des Reservoirs entsprechen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät ein weiteres Heizelement zum Beheizen der Außenseite des Heizelements auf.
-
Dadurch kann die zu kühlende Seite des Heizelements durch die Beheizung mittels des weiteren Heizelements auf eine definierte Referenztemperatur gebracht werden. Der Temperaturunterschied zwischen erstem und zweitem Bereich ist dabei näherungsweise unabhängig von einer Beheizung durch das weitere Heizelement. Im Idealfall wird lediglich ein Absolutwert des ersten Temperaturniveaus beziehungsweise des zweiten Temperaturniveaus verschoben.
-
Durch die Beheizung der dem Reservoir abgewandten Seite des Heizelements kann eine Kondensation von Feuchtigkeit vermieden werden. Außerdem kann eine höhere Absoluttemperatur der Flüssigkeit erzeugt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das weitere Heizelement als Widerstandsheizelement ausgebildet, beispielsweise als Heizwendel oder Heizdraht oder Heizleiterbahn. Die Heizleiterbahn kann dabei insbesondere mittels einer Drucktechnik aufgebracht sein.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das weitere Heizelement in Zwischenräumen zwischen den benachbarten streifenförmigen Peltier-Elementen, deren Normalachsen in unterschiedliche Richtungen verkippt sind, angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders platzsparende Anordnung des weiteren Heizelements.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät ein zweites weiteres Heizelement auf, welches auf der Innenseite des Heizelements angeordnet ist.
-
Daher wird beispielsweise eine Funktion des Heizelements nicht wesentlich von dem zweiten weiteren Heizelement beeinträchtigt.
-
Das zweite weitere Heizelement kann beispielsweise als Zusatzheizung bezeichnet werden, welche eine Temperatur, insbesondere eine maximal erreichbare Temperatur, des zweiten Bereichs weiter erhöhen kann, insbesondere gegenüber einer Beheizung durch das Heizelement allein.
-
In verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite weitere Heizelement abhängig von einem Betriebsmodus des Elektrogeräts, welcher insbesondere durch den Benutzer oder automatisch durch das Elektrogerät ausgewählt werden kann, zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite weitere Heizelement als Widerstandsheizelement, insbesondere als Heizwendel, ausgebildet.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite weitere Heizelement als Beschichtung auf dem Heizelement ausgebildet.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät einen Wärmeaustauschkörper auf, der wenigstens teilweise in dem ersten Bereich oder an diesen angrenzend angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen der Außenseite des Heizelements und dem Gehäuse und/oder zwischen der Außenseite des Heizelements und einer Umgebung des Elektrogeräts zu erhöhen.
-
Mittels des Wärmeaustauschkörpers kann erzielt werden, dass kontinuierlich ausreichend thermische Energie zur Verfügung steht, die dem ersten Bereich von dem Heizelement entnommen werden kann.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Wärmeaustauschkörper eine strukturierte Oberfläche auf.
-
Dadurch kann der gesamte Flächeninhalt der Oberfläche des Wärmeaustauschkörpers erhöht werden, um die Effizienz des Wärmeaustauschs zu verbessern.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät eine Lüftervorrichtung auf, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen Luftaustausch zwischen der Umgebung des Elektrogeräts und dem ersten Bereich zu erzeugen, beispielsweise indem eine Luftumspülung der Außenseite Heizelements erzeugt wird.
-
Die Lüftervorrichtung kann, alleine oder in Kombination mit dem Wärmeaustauschkörper, für ausreichend thermische Energie im ersten Bereich sorgen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Heizelement eine Wärmepumpe. Die Wärmepumpe kann beispielsweise als Kompressions-Wärmepumpe ausgebildet sein.
-
Der Einsatz einer Wärmepumpe kann vorteilhaft sein, wenn es auf eine besonders platzsparende Konstruktion nicht in erster Linie ankommt.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Elektrogerät mit einem Akku betreibbar oder weist den Akku auf, um das Heizelement mit Strom zu versorgen, insbesondere kabellos.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät einen Sockel beispielsweise zum Abstellen des Elektrogeräts auf eine Oberfläche auf, wobei der Akku wenigstens zum Teil innerhalb des Sockels angeordnet werden kann oder angeordnet ist. Dementsprechend kann eine besonders platzsparende Anordnung erzielt werden.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Elektrogerät einen Haltegriff auf, wobei der Akku wenigstens zum Teil in oder an dem Haltegriff angeordnet werden kann oder angeordnet ist. Dementsprechend kann eine besonders platzsparende Anordnung erzielt werden.
-
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Erhitzen einer Flüssigkeit in einem Reservoir mittels eines elektrisch betreibbaren Heizelements angegeben. Dabei wird einem ersten Bereich auf einer dem Reservoir abgewandten Außenseite des Heizelements thermische Energie entnommen und Wärme an einen zweiten Bereich auf einer dem Reservoir zugewandten Innenseite des Heizelements abgegeben, um die Flüssigkeit zu erhitzen.
-
Es wird ein Temperaturunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich unter Ausnutzung des Peltier-Effekts erzeugt.
-
Weitere Ausgestaltungsformen des Verfahrens zum Erhitzen einer Flüssigkeit gemäß dem verbesserten Konzept folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen des Elektrogeräts nach dem verbesserten Konzept. Insbesondere ist ein Elektrogerät nach dem verbesserten Konzept dazu in der Lage, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
-
Das dem verbesserten Konzept zugrundeliegende Prinzip lässt sich ebenso wie zum Erhitzen einer Flüssigkeit auch zum Kühlen eines Gegenstands, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines verpackten Lebensmittels, zum Beispiel eines Getränks in einer Flasche, anwenden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
Die Beschreibung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenenfalls nicht notwendigerweise in verschiedenen Figuren wiederholt.
-
In der Zeichnung zeigen:
-
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Elektrogeräts nach dem verbesserten Konzept; und
- 2 eine Querschnittsdarstellung des Elektrogeräts aus 1.
-
In 1 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Elektrogeräts 1 zum Erhitzen einer Flüssigkeit gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt. Nur der Erläuterung halber ist beispielsweise ein Wasserkocher oder Teekocher gezeigt. Sämtliche erläuterten Merkmale und Funktionen können aber analog für andere Elektrogeräte nach dem verbesserten Konzept übernommen werden.
-
Das Elektrogerät 1 weist ein zylinderförmiges oder tonnenförmiges Reservoir 2, beispielsweise mit einer Längs- oder Symmetrieachse 6, auf. Wasser oder eine andere Flüssigkeit kann in das Reservoir 2 gegeben werden, um es mittels des Elektrogeräts 1 zu erhitzen, beispielsweise zum Sieden zu bringen.
-
Das Elektrogerät 1 weist ein Heizelement 3 auf, welches einen Teil des Reservoirs 2 umgibt, insbesondere einen unteren Teil des Reservoirs 2 bezogen auf eine Ausrichtung im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Elektrogeräts 1.
-
Insbesondere ist das Heizelement 3 ebenfalls näherungsweise zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet, das heißt das Heizelement 3 oder Teile des Heizelements 3 sind auf einer näherungsweise zylinderförmigen oder kegelstumpfförmigen Oberfläche angeordnet, die tangential um den unteren Teil des Reservoirs 2 herumläuft.
-
Das Elektrogerät 1 weist außerdem ein Gehäuse 5 auf, welches das Reservoir 2 umgibt und eine Gehäusewand beinhaltet, an deren Innenseite das Heizelement 3 angeordnet ist.
-
Optional weist das Elektrogerät 1 einen Sockel 11 auf, mittels dem das Elektrogerät 1 beim bestimmungsgemäßen Gebrauch auf eine Oberfläche, beispielsweise einen Tisch, abgestellt werden kann.
-
Das Elektrogerät 1 ist beispielsweise kabellos betreibbar, insbesondere mittels eines Akkus. Der Akku kann beispielsweise wenigstens teilweise im Inneren des Sockels 11 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Akku an einer anderen Stelle an oder in dem Gehäuse 5 angeordnet sein.
-
Durch den elektrischen Betrieb des Heizelements 3 wird auf einer dem Reservoir 2 abgewandten Seite des Heizelements 3 einem ersten Bereich T1 thermische Energie entnommen und auf einen zweiten Bereich T2 auf einer gegenüberliegenden, also dem Reservoir 2 zugewandten, Seite des Heizelements 3 wenigstens teilweise übertragen, indem Wärme an den zweiten Bereich T2 abgegeben wird. Dadurch wird die Flüssigkeit in dem Reservoir 2 erhitzt.
-
Beispielsweise sind der erste Bereich T1 und der zweite Bereich T2 durch das Heizelement 3 voneinander entkoppelt, insbesondere indem das Heizelement 3 einen Luft- und/oder Wärmeaustausch zwischen erstem Bereich T1 und zweitem Bereich T2 zumindest teilweise unterbindet.
-
In 2 ist eine Schnittdarstellung, insbesondere eine Querschnittsdarstellung, des Elektrogeräts 1 gezeigt, insbesondere entlang der Schnittebene, die in 1 mit einer Strichpunktlinie angedeutet ist.
-
Das Heizelement 3 weist im Beispiel der 2 eine Vielzahl von Peltier-Elementen 4 auf, die tangential um das Reservoir 2 herum verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.
-
In 2 ist außerdem schematisch ein einzelnes der Peltier-Elemente 4 gezeigt, welches beispielsweise als Stapel aus Peltier-Elementen aufgebaut sein kann. Im gezeigten Beispiel weist der Stapel aus Peltier-Elementen drei übereinander gestapelte Peltier-Elemente auf, die jeweils eine Platte 7 und eine weitere Platte 8 aufweisen. Die Platten 7, 8 können beispielsweise ein Keramikmaterial enthalten. Zwischen den Platten 7, 8 sind jeweils Halbleiterelemente (nicht gezeigt) angeordnet.
-
Bei Stromfluss durch ein Peltier-Element, insbesondere die Halbleiterelemente, werden die Platten 7 gekühlt und die Platten 8 beheizt. Dementsprechend ist eine Folge der Platten derart, dass eine beheizte Platte 8 auf einer dem Reservoir 2 zugewandten Seite des Heizelements 3 angeordnet ist, gefolgt von einer gekühlten Platte 7, gefolgt von einer weiteren geheizten Platte 8, gefolgt von einer weiteren gekühlten Platte 7, gefolgt von einer weiteren geheizten Platte 8 und gefolgt von einer weiteren gekühlten Platte 7 auf einer dem Reservoir 2 abgewandten Seite des Heizelements 3. Die Anzahl der Platten 7, 8, beziehungsweise gestapelten Peltier-Elemente, ist in 2 lediglich beispielhaft gewählt und kann auch größer sein als gezeigt.
-
Die Peltier-Elemente 4 können beispielsweise streifenförmig ausgebildet sein mit einer Längsachse, die beispielsweise parallel zu einer Längsachse 6 des Reservoirs 2 angeordnet ist. Alternativ schließen die Längsachsen der Peltier-Elemente 4 einen Winkel, insbesondere alle denselben Winkel, mit der Längsachse 6 des Reservoirs 2 ein. Die Peltier-Elemente 4 sind beispielsweise derart entlang eines Umfangs des Reservoirs 2 angeordnet, dass benachbarte Peltier-Elemente 4 jeweils in unterschiedliche Richtungen gekippt sind, sodass eine zick-zack-förmige Anordnung aus Sicht der Querschnittsdarstellung folgt.
-
Die dargestellte Anordnung der Peltier-Elemente 4 ist insbesondere in der Hinsicht als schematisch zu verstehen, als dass vorzugsweise keine Lücken zwischen benachbarten Peltier-Elementen 4 bestehen, sodass ein Luftaustausch zwischen dem ersten Bereich T1 und dem zweiten Bereich T2 verhindert oder reduziert wird.
-
In 2 ist außerdem eine optionale Heizwendel 10 gezeigt, die die dem Reservoir 2 abgewandte Seite des Heizelements 3 zusätzlich heizen kann, um beispielsweise eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit auf der dem Reservoir 2 abgewandten des Heizelements 3 zu verhindern und/oder einen Absolutwert der Temperaturen der Bereiche T1, T2 zu erhöhen. Besonders vorteilhaft und platzsparend kann die Heizwendel 10 beispielsweise in Zwischenräumen zwischen den gekippten Peltier-Elementen 4 auf der dem Reservoir 2 abgewandten Seite des Heizelements 3 verlaufen.
-
Alternativ oder zusätzlich zu der Heizwendel 10 kann das Gehäuse 5 derart ausgebildet sein, dass eine Abwärme des Akkus zu dem ersten Bereich T1 geleitet wird, um die Außenseite des Heizelements 3 zusätzlich zu heizen.
-
Das Elektrogerät 1 weist optional ein Vergusselement 9 auf, welches zwischen der Innenseite des Heizelements 3 und dem Reservoir 2 angeordnet ist. Das Vergusselement 9 besteht beispielsweise aus einem Keramikmaterial oder weist ein solches Keramikmaterial auf, das einen vordefinierten Mindestwert für eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. Alternativ zu dem Keramikmaterial kann auch ein anderes Material, beispielsweise ein Metall, Graphit und so weiter, mit dem Mindestwert für die Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
-
Durch das Vergusselement 9 wird ein Wärmetransport zwischen der Innenseite des Heizelements 3 und dem Reservoir 2 verbessert, was zu höheren erzielbaren Maximaltemperaturen der Flüssigkeit im Reservoir 2 sowie zu einer höheren Energieeffizienz des Elektrogeräts 1 beitragen kann.
-
Das Vergusselement 9 kann alternativ oder zusätzlich zwischen der dem Reservoir 2 abgewandten Seite des Heizelements 3 und dem Gehäuse 5 angeordnet sein. In diesem Fall kann das Vergusselement 9 einen Wärmetransport zwischen dem Heizelement 3 und dem Gehäuse 5, letztendlich also zwischen dem Heizelement 3 und der Umgebung des Elektrogeräts 1, verbessern.
-
Gemäß einem Elektrogerät 1 nach dem verbesserten Konzept können durch Übertragung von thermischer Energie von einem ersten auf einen zweiten Bereich zwei getrennte Temperaturniveaus erzeugt und eine Flüssigkeit auf Seiten des höheren Temperaturniveaus erhitzt werden.
-
Durch die Verwendung des thermodynamischen Funktionsprinzips eines durch den Einsatz von Peltier-Elementen 4 realisierten elektrothermischen Analogons einer Wärmepumpe wird eine besonders effiziente Erhitzung ermöglicht. Dadurch wird insbesondere der Einsatz von Akkus zum Realisieren von kabellosen Elektrogeräten ermöglicht. Auch für kabelgebundene Anwendungen kann die erhöhte Energieeffizienz vorteilhaft sein, beispielsweise für mobile kabelgebundene Elektrogeräte zum Anschluss beispielsweise an eine Bordspannungssteckdose eines Kraftfahrzeugs.
