DE1599028A1

DE1599028A1 - Temperaturregelsystem

Info

Publication number: DE1599028A1
Application number: DE19681599028
Authority: DE
Inventors: Wright Robert C
Original assignee: Rudd Melikian Inc
Current assignee: Rudd Melikian Inc
Priority date: 1967-03-30
Filing date: 1968-03-15
Publication date: 1971-08-12
Also published as: GB1166574A; ES352004A1; FR1558810A; AT289421B; US3497673A; CH471571A

Description

I¹VTE NTAisWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 15· 3· 1968 UNSER ZEICHEN: Wg/El 11

Rudd-Melikian, Inc., Warminster, Pennsylvania, V.St.v.A.

Temperaturregelsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem, um eine Flüssigkeit auf oder nahe ihrem Siedepunkt zu halten.

Die Erfindung ist insbesondere zur Temperaturregulierung von heißem Wasser zweckmäßig, welches sich in einer durch Münzen betätigbaren Verkaufsmaschine befindet, welche heiße Getränke, wie beispielsweise Kaffee, Tee, Suppen und heiße Schokolade abgibt. Die Erfindung betrifft ein Regelsystem, welches es möglich macht, daß während Spitzen-Nachfrageperioden hinreichende Mengen der zur Herstellung heißer Getränke dienenden Flüssigkeit geliefert werden.

Das Problem der Steuerung der Wassertemperatur in derartigen Maschinen ist besonders wichtig, weil sich das Wasser zum richtigen Bereiten schmackhafter Getränke auf einer Temperatur sehr nahe dem Siedepunkt befinden muß; das Wasser darf aber nicht kochen, da eine kochende Flüssigkeit den Verbraucher verbrühen und die Qualität des bereiteten Getränks verschlechtern kann. Zudem erschwert die Turbulenz einer kochenden Flüssigkeit die für die übereinstim-

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mende Lieferung gleichförmig gefüllter Tassenfüllungen des Getränkes zur Abgabestation notwendige Genauigkeit der Abmessung.

Herkömmlicherweise wird die Heißwassersteuerung einer Verkauf smaschine durch einen in den Wasservorrat eingetauchten Thermostaten bewirkt. Es wurde ferner vorgeschlagen, einen Thermostaten zu verwenden, der in Verbindung mit einer das heißeste Wasser im Tank enthaltenden Leitung steht (vgl. das USA-Patent Nr. 3 25k 796 des Anmelders); gemäß einem weiteren Vorschlag wird ein Thermostat verwendet, der in wärmeleitender Verbindung an einer Ausgangsleitung befestigt ist, die von einem Dampfraum am oberen Ende eines Tanks wegführt. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Anordnung des Thermostaten innerhalb eines geschlossenen Dampfraumes am oberen Ende des Heißwasserbehälters eine hervorragende Regelung und schnelle Temperaturerholung zur Folge hat. Tatsächliche Versuche im Betrieb haben gezeigt, daß bei gemäß der Erfindung ausgebildeten Systemen dreibis viermal soviel Tassen von Wasser mit normalen Brühtemperaturen von 210 °P (98,9 °C) bis I8O °F (82,2 °C) geliefert werden, als von dem gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Vorrichtungen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Regelsystem vorgesehen wird, welches extrem empfindlich auf Temperaturänderungen innerhalb eines Speicherbehälters ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des Regelsystems gemäß der Erfindung ist ein auf Wärme ansprechendes (temperaturempfindliches) Element, welches die Temperatur der Flüssigkeit sehr nahe dem Siedepunkt hält, ohne darüber hinaus zu gehen,

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und zwar trotz der Unterschiede im atmosphärischen Druck an den verschiedenen Orten, an denen die Einheiten angebracht werden.

Ein. weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Anordnung eines Temperaturregelsystems für einen Flüssigkeitsversorgungsbehälter, welches für den Behälter einen große Temperaturerholgeschwindigkeit erzeugt.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung ist ein Heißwas- i^

serregelsystem vorgesehen, welches die für Verkaufsmaschinen erforderliche Verläßlichkeit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweist.

Zusammenfassung; Temperaturregalsystötn für einen Heißwasserbehälter der Bauart, die zur Verwendung in Verkaufsmaschinen geeignet ist« Eine am oberen Ende des Behälters aufrechterhaltene Dampfzone ist mit einem quecksilbergefüllten, auf Temperatur ansprechenden Steuerelement ausgestattet, welches innerhalb der Dampfzone angeordnet ist und auf die Temperatur der Mischung aus Gasen und Dämpfen am oberen Ende des'Behälters anspricht. Die Heizelemente im Behälter werden durch eine Steuerschaltung geregelt, Λ

welche diese mit den auf Temperatur ansprechenden Einrichtungen verbindet. Wenn zwei Heizelemente verwendet werden, bevorzugt die Regelschaltung das am oberen Ende des Behälters angeordnete Heizelement, so daß sich das als nächstes abzuziehende Wasser .immer auf oder nahe der Abgabetemperatur befindet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt» ·

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Fig. 1 schematisch einen Behälter mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Regelsystem}

Fig. 2 eine Regelschaltung zur Durchführung der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein das Regelsystem gemäß der Erfindung aufweisender Behälter 10 gezeigt, der innere und äußere schachtelartige Stahlplatten-Wandungen 11 und 12 aufweist, zwischen welche eine Schicht aus Isolätionswerkstoff 13 gepackt ist. Der Behälter weist eine Einlaßleitung ik auf, in der ein (nicht gezeigtes) von einem Solenoid betätigbares Ventil befestigt ist, welches bei Erregung Wasser unter Leitungsdruck in den Tank eintreten läßt.

Ein Schalter 15 wird durch einen im Wasser des Tanks oder Behälters 10 schwimmenden Schwimmer 16 gesteuert. Der Schwimmer öffnet den Schalter dann, wenn das Wasser ein vorgegebenes Niveau erreicht und schließt ihn immer dann, wenn das Wasser unter dieses Niveau oder ein zweites vorgewähltes Niveau unterhalb des maximalen Wasserspiegels sinkt. Nicht gezeigte geeignete Schaltungen verbinden den Schalter 15 mit dem Ventil in der Einlaßleitung 14, um dessen Öffnen und Schließen zu steuern, wodurch der Wasserspiegel im Tank auf dem gewünschten Niveau gehalten wird.

An einer Stelle nahe der Oberseite und gerade unterhalb des Wasserspiegels führt eine Auslaßleitung 17 aus dem Tank heraus. Die Leitung 17 führt zu verschiedenen Getränkeherstellungsstationen, wo beispielsweise Tee, heiße Schokolade oder Suppe zubereitet werden. Eine getrennte

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Leitung 18 führt vom Tank zu einem Gerät zum Aufbrühen von Kaffe. Obwohl die Leitungen 17 und 18 an verschiedenen Stellen angeordnet werden könnten, ist es vorzuziehen, daß die Leitungen 17 und 18 von einem Punkt nahe dem oberen Ende des Behälters ausgehen, so daß immer zuerst das heißeste Wasser angezogen wird.

Wie bei Geräten dieser Art üblich, ist nahe dem Tankboden eine Abflußleitung 19 und gut oberhalb der Wasserlinie

eine Überlaufleitung 20 angeordnet. · ^L

Ferner ist der Behälter 10 mit Heizeinrichtungen ausgestattet, die charakteristischerweise ein - wie in Fig. 1 gezeigt - nahe dem Tankboden angeordnetes elektrisch betriebenes Heizelement 21 der Eintauohbauart aufweisen. In solchen Fällen, wo ein ungewöhnlich schnelles Ansprechen gewünscht wird, so daß Wasser bald nach dem Einschalten der Verkaufsmaschine oder nach einem ungewöhnlich starken Abzug verfügbar ist, wird ein zweites Heizelement 22 im oberen Teil des Tanks vorgesehen.

Die Heizelemente werden durch das im -folgenden beschriebene Regelsystem betätigt. Wenn jedoch zwei Heizelemente M verwendet werden, so werden diese kurz gesagt durch das Regelsystem derart betätigt, daß inmtex»"dem oberen Heizelement der Vorzug gegeben wird, d. h. ddm Wasser am Boden des Tanks wird nicht eher Wärme zugeführt, bis nicht das Heizelement an der Oberseite des Tanks das Wasser dort auf die gewünschte Abgäbetemperatur gebracht hat.

Zur Regelung des Betriebs der Heizeinrichtung ist gemäß der Erfindung ein im ganzen mit 2h bezeichneter wärme-

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empfindlicher Regler vorgesehen und in der Dampfzone zwischen dem Tankdeckel und dem Wasserkörper angeordnet. Der wärmeempfindliche Regler 24 weist vorzugsweise einen Quecksilberthermostat 25 auf, der in ein Schutzrohr 26 eingepaßt ist, welches aus Kupfer, Messing oder einem anderen wärmeleitenden Werkstoff hergestellt ist. Der obere Teil des Rohres 26 ist - wie in Fig. 1 gezeigt - mit einem Gewinde versehen, welches mit dem Innengewinde einer Hülse zusammenwirkt, die mit der Tankoberseite verschweißt oder in anderer Weise, an ihr befestigt ist. Am Rohr 26 ist ein Sechskantmitnehmer 26a vorgesehen, damit man das Rohr 26 auf- und ab einstellen kann, um so die Stellung des Thermostaten bezüglich der Dampfzone zu verändern. Vorzugsweise ist der Thermostat selbst innerhalb des Rohres 26 einstellbar befestigt. Zu diesem Zweck ist eine Klemmmutter 29 mit einem aus einem zusammendrückbaren Werkstoff bestehenden Klemmring 29a auf den oberen mit einem Gewinde versehenen Teil des Schutzrohres 26 aufschraubbar. Das Anziehen der Klemmutter quetscht den Ring 29a in Eingriff mit der Wandung des Thermostaten 25. Wird die Mutter gelöst, so kann die Höhe des Thermostaten wunschgemäß eingestellt werden.

Der Quecksilberthermostat 25 ist von bekannter Bauart, bei der eine in einem Rohr eingekapselte Quecksilberraenge beim Ausdehnen oder Zusammenziehen zwei Schalterkontakte schließt oder unterbricht. Vorzugsweise ist der Thermostat 25 derart ausgewählt, daß er bei einer Temperatur von ungefähr 210 °F (99 °C) arbeitet. Ein für die Zwecke dieser Erfindung gut geeigneter Quecksilberthermostat wird von der Philadelphia Scientific Glass Company, Inc. of Philadelphia, Pennsylvania, hergestellt. Das Temperaturdifferen-

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tial dieses Thermostaten beträft 2 ⁰F, bei 210 ⁰F (98,9 °C)*

Eine Klemme jedes Heizelementes 21 und 22 ist über eine Leitung 30 mit dar einen Klemme einer Stromquelle verbunden. Die zweite Klenane dee einen oder des anderen Heizelements steht mit der Änderen Leitung 31 der Stromquelle durch die im folgenden genannten Einrichtungen in Verbindung.

Ein Steuerrelais 32 steht mit der Leitung 31 und mit einer > Leitung 33 des Thermostaten 25 1» Verbindung, während die I andere Leitung de© Thermostaten mit der Leitung 30 verbunden ist. Das Relais 32 i»t mit einem Blatt oder Ana 3^ ausgestattet, der wechselweise in Berührung mit einem Kontakt 35 oder ei»e» Kontakt 36 'bewegbar ist. Der Kontakt 36 steht Über eine Leitung 37 ait dem Heizelement 22 in Verbindung. Weiterhin -verbljßdet, eine Leitung 38 den Kontakt 35 und einen Thermostaten 39» 4*r auf die Wassertemperatür im unteren Teil "des Tanks anspricht. Eine Leitung kO verbindet den Thermostaten 39 Mit dem Heizelement 21. Obwohl verschiedene andere Bauarten von Thermostaten verwendet werden können, ist tier Thermostat 39 vorzugsweise ein solcher der Sehn&pp^Soheibeebauiürt. Gemäß der Erfindung ist die auf Wärme ansprechende Scheibe in wärmeleitender Verbindung mit der inneren Auskleidung des Behälters befestigt.

Der Thermostat 3f 1st derart auegewählt, daß er auf eine etwas nieärlger© Teagpterafar als Thermostat 25 anspricht. Dies ist H»r destoalt^^le«· fmll, ijreil der Temperaturgradient quer zur 2fcuie$~ «ad Jbiöe|l&berflÄeh,e der Auskleidung 11 ; viel größer ist ale ilev I^snp er & tür gradient zwischen dem Thermostaten 25 ip&d uar flttesigitelt©oberfläche. In Wirk- · ^;

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lichkeit sollten die beiden Thermostaten bei Temperaturen ansprechen, die der gleichen Wassertemperatur entsprechen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 die zur Durchführung der Prinzipien der Erfindung verwendete Regelschaltung beschrieben:

In der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird eine Regelung für zwei Heizelemente bewirkt. Nachstehend wird die Wirkungsweise der Schaltung beschrieben. Wenn der Thermostat 25 keine Wärme anfordert und der Thermosetat 39 aber Wärme anfordert, so ist der Arm 3k in Kontakt mit dem Kontaktglied 35» und es wird ein Kreis zum Heizelement 21 geschlossen, und zwar durch Leitung 31» Arm 3^» Kontakt 35» Leitung 38, Thermostat 39» Leitung 4O und schließlich über das Heizelement zur Leitung 30· Angenommen, der Thermostat 39 fordere keine Wärme an, so erlaubt der Thermostat 39 die Abschaltung des Heizelements 21. Wenn das am nächsten dem Thermostaten befindliche Wasser seine Abgabetemperatur erreicht, öffnet der Thermostat seine Kontakte und schaltet dadurch das Heizelement 21 ab.

Immer wenn der Thermostat 25 Wärme anfordert, schaltet das Relais 32 unabhängig vom Betriebszustand des Thermostaten 39 den Kontaktarm 34, unterbricht die Verbindung mit dem Kontakt 35 und stellt eine Verbindung mit dem Kontakt 36 her. Auf diese Weise wird das Heizelement 21 von der Stromquelle abgeschaltet, und es wird ein Kreis von der Stromquelle zum Heizelement 22 hergestellt. Sodann heizt dieses Heizelement das im Tank oben befindliche Wasser auf, und zwar bevorzugt gegenüber den Anforderungen des Thermostaten 39 am Boden des Tanks, Auf diese Weise wird immer das Was-

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ser, welches zuerst abgezogen wird, erhitzt, was eine viel schnellere Erholzeit zur Folge hat und die Abgabe von gleichmäßig erhitzten mit Getränken gefüllten Tassen an den Verbraucher bedeutet.

Der Thermostat 2$ fordert - wie oben erwähnt - immer dann Wärme an, wenn die Temperatur der Dämpfe ein Niveau von ungefähr 200 °F (93,3 ⁰C) erreicht. Obwohl man die am oberen Ende des Tanks befindliche Mischung als gesättigt betrachten kann, wurtfe festgestellt, daß der Sauerstoff und , JjL andere gewöhnlich in der Mieohung aus Dampf, Feuchtigkeit ~

und Gas an der Oberseite des Tanke vorhandene Verunreinigungen ein Wärmedifferential von ungefähr 5 F zwischen der Wassertemperatur am oberen Ende des Tanks und der den Quecksllberthenaestaten unmittelbar umgebenden Atmosphäre bewirken. Deshalb ist die Verwendung eines solchen Thermostaten vorzuziehen, derauf eine Temperatur etwas unterhalb des Siedepunktes, d, h. ungefähr 200 ⁰F (93,3 °C) anspricht. Es ist nooh ein weiterer wichtiger Grund für die Verwendung eines solchen Thermostaten vorhanden, der so eingestellt ist, daß er bei einer Temperatur von ungefähr 200 ⁰F (93,3 °C) anspricht. Ein derartiger Thermostat kann unabhängig von dem Ort, wo sich der Behälter befindet ver- A

wendet werden, da sogar bei Höhen vun »ehr als 5000 Fuß (1524 m) ein übermäßiges Kochen verhindert wird.

Xn Fällen, wo die Verwendung eines einsigen Heizelemente wünschenswert ist, ist es im allgemeinen vorzuziehen, dieses am Boden des Tanke anauordnen, da die normale Schichtung des Wassers aur Folge hat, daß das kälteste Wasser an' diesem Punkt auftritt. Wird auf diese Weise verfahren, so

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sollte der Quecksilberthermostat 25 und das Relais 38 derart verbunden werden, daß der relaisgesteuerte Schalter und der Thermostat in Serie mit dem Boden-Heizelement 21 liegen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Anordnung des Quecksilberthermostaten in der Dampfzone am oberen Ende des Tanks. Es hat sich herausgestellt, daß mit einem derart angeordneten Thermostaten ein viel schnelleres Ansprechen möglich ist als in dem Fall, wo der Thermostat in das Wasser eintauohend angeordnet ist. Zudem kann die gleiche Anordnung zur Regelung der Wassertemperatur unabhängig vom atmosphärischen Druck und dem Ort, wo die Verkaufsmaschine benutzt werden soll, verwendet werden. Die einstellbare Befestigung für den Thermostaten 25 ist ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, Durch die mit Gewinde versehene Mutter und Körperteile kann der Themostat axial zum Schutzrohr 26 eingestellt werden. Durch die Axialverschiebung des Thermostaten kann die Kühlwirkung der umgebenden Atmosphäre verändert werden, was eine Veränderung der Wassertemperatur, bei welcher der Thermostat anspricht, zur Folge hat· Die gemäß der Erfindung vorgesehene Anordnung ist einfach und zuverlässig und hat sich darüber hinaus als sehr leistungsfähig erwiesen, und zwar insbesondere in Fällen, wo eine große Nachfrage zu erwarten ist.

Patentansprüche:

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Claims

159902B Patentansprüche

1. Verkaufsmaschine für heiße Getränke, bei welcher innerhalb einer im wesentlichen umschlossenen Kammer eine zur Getränke-Herstellung dienende Flüssigkeit durch Heizvorrichtungen erhitzt wird, wobei mit der Kammer eine Auslaßleitung verbunden ist, um entsprechend der sich ändernden Anforderung Portionen der erhitzten Flüssigkeit abzugeben, und wobei durch Flüssigkeitsspiegel- j||

Steuervorrichtungen das FlUssigkeitsniveau auf einem vorgegebenen Punkt unterhalb des oberen Endes der Kammer bleibt und ein Steuersystem die durch die Auslaßleitung abgegebene Flüssigkeit auf einer im wesentlichen konstanten vorgewählten Temperatur durch mit den Heizvorrichtungen verbundene temperaturempfindliche Einrichtungen hält, gekennzeichnet durch eine in der Kammer oberhalb des Wasserspiegels angeordnete TemperaturfestStellvorrichtung (2*0, welche zur Erregung und Abschaltung der Heizeinrichtung abhängig von vorgegebenen Temperaturänderungen in der Flüssigkeit oberhalb und unterhalb dererwähnten vorgewählten ' Temperatur betätigbar ist· U

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur-Feststellvorrichtung (2*0 ein Queoksilberthermoetat ist, der auf die Wasserdampfte»p«ratur oberhalb des Flüssigkeitsspiegels anspricht.

3. Steuersystee nach Anspruch 2, dadurch ge k β

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zeichnet, daß die auf Wärme ansprechende Feststellvorrichtung (24) ein Schutzrohr (26) aufweist, welches sich in eine Kammer oberhalb des Wasserniveaus erstreckt und die genannte Temperaturfeststellvorrichtung enthält, wobei Vorrichtungen (29) zur Einstellung der Axialstellung der Temperaturfeststellvorrichtung innerhalb des Schutzrohres vorgesehen sind.

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