-
Die
Erfindung betrifft ein Kochfeld eines Herdes nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Bedienfelder
für Hausgeräte werden
in immer stärkerem
Maße mit
Berührschaltern
ausgerüstet.
Bei Kochfeldern und Backöfen
tritt hierbei das Problem auf, dass die Bedienfläche durch die Beheizung so
stark erwärmt
werden kann, dass es unangenehm ist, die Fläche zu berühren. Grenzwerte für die zulässige Temperaturerhöhung sind
in der europäischen
Sicherheitsnorm für
elektrisch betriebene Hausgeräte
EN 60335-1 im Abschnitt 11, in Tabelle 3 niedergelegt. Insbesondere
bei Kochfeldern im Rastermaß 60
cm ist der Abstand zwischen Kochzonen, Heizung und Bedienflächen sehr
gering und die in der Sicherheitsnorm festgelegten Temperaturgrenzen
sind schwierig einzuhalten oder können überhaupt nicht eingehalten
werden.
-
Es
ist bekannt zum Schutz der Elektronik und der Bedienflächen vor
hohen Temperaturen Trennbleche in die Mulde einzubauen. Teilweise
werden diese Trennbleche doppelt ausgeführt, um einen Luftraum hierzwischen
zu schaffen, der als Wärmeisolation
dient.
-
Es
ist ferner bekannt, aktive Kühlungen
mit Lüftern
zu verwenden, die jedoch durch Wrasen und Staub verschmutzt werden
kön nen,
da sie bevorzugt Luft von der dem Backofen zugewandten Unterseite ansaugen.
Zudem kann die Zuluft von dort durch die Abnahme des Backofens stark
vorgewärmt
sein und so nicht zur Kühlung
geeignet sein. Es ist ferner bekannt, auch die Kühlluft von der Oberseite anzusaugen,
wobei hierbei von Nachteil ist, dass Überlaufgut oder Feuchte bei
der Reinigung eindringen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Kochfeld zu schaffen, bei dem die Bedienfläche, auch
wenn sie in engen Rastermaßen
angeordnet ist, keine unangenehm hohen Temperaturen besitzt und
insbesondere die Temperaturwerte der europäischen Sicherheitsnorm eingehalten
werden.
-
Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Unteransprüchen
gekennzeichnet.
-
Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass im Bereich hinter bzw. unter oder an einer Bedienfläche ein
Latentwärmespeicher
angeordnet wird.
-
Latentwärmespeicher
sind Wärmespeicher, bei
denen ein Speichermedium während
einer Änderung
des Aggregatzustandes (festflüssig)
Wärmeenergie
bei konstanter Temperatur aufnimmt bzw. (flüssig-fest) abgibt. Grundsätzlich handelt
es sich bei Latentwärme
um (physikalische) Bindungsenergie. Als Speichermedium wird beispielsweise
ein Salz (z.B. Glaubersalz, Natriumacetat) oder eine organische Verbindung
(z.B. Paraffine, Fettsäuren)
eingesetzt (technische Bezeichnung der Materialien PCM = phase change
material).
-
Die
Speicherung von Wärme
erhöht
normalerweise die Temperatur eines Speichemediums. Die gespeicherte
Wärme ist
fühlbar,
des halb wird diese Form der Speicherung als "sensibel" bezeichnet. Anders dagegen die "versteckte" (latente) Wärmespeicherung.
Hier erfolgt nach Erreichen der Phasenübergangstemperatur des Speichermaterials
eine Zeit lang keine Temperaturerhöhung, so lange bis das Speichermaterial
geschmolzen ist.
-
Der
Vorteil von Latentwärmespeichern
gegenüber
anderen Speichern besteht darin, dass sie bei sehr geringen Temperaturdifferenzen
eine relativ große
Wärmemenge
pro Speichervolumen aufnehmen und diese Energie über einen beliebigen Zeitraum
verlustfrei speichern können.
Die gespeicherte Wärme
wird erst beim Erstarren des Speichermediums wieder abgeben. Die
spätere
Wärmeabgabe
erfolgt auf dem ursprünglichen
Temperaturniveau.
-
Da
jeder Latentwärmespeicher
nur bei einer festgelegten Speichertemperatur arbeitet, sind für verschiedene
Anwendungen verschiedene Latentwärmespeicher
erforderlich.
-
Latentwärmespeicher
wurden bislang in erster Linie im Niedertemperaturbereich für die Speicherung
von z. B. Solarenergie eingesetzt. Die Speicherdichte der Latentwärmespeicher
ist gegenüber
der sensiblen Wärmespeicherung
sehr hoch, und schon im Bereich geringer Temperaturänderungen
kann eine große
Wärmemenge
gespeichert werden. Beispielsweise finden Latentwärmespeicher
beim Hausbau in Form von Paraffinkapseln im Innenputz Einsatz.
-
Im
großen
Stil werden mobile Latentwärmespeicher
für den
Transport von Abwärme
aus industriellen Prozessen hin zu Heizungsanlagen von Gebäuden verwendet.
-
Um
die große
Speichermöglichkeit
von Latentwärmespeicher
zu verdeutlichen, wird darauf verwiesen, dass beispielsweise beim
Schmelzen von Eis zu Wasser ungefähr soviel Schmelzwärme benö tigt wird,
wie beim Erwärmen
derselben Menge Wasser von 0° auf
80°C. Die
Phasenumwandlungsenthalpie beim Phasenübergang von Wasser ist also
im Vergleich zur spezifischen Wärmekapazität relativ hoch
(die spezifische Phasenumwandlungsenthalpie von Wasser ist ca. 330
kJ/kg, wogegen die spezifische Wärmekapazität ca. 4,19
kJ/kg und Gradtemperatur Unterschied ist). Dies zeigt, dass mit
Latentwärmespeichern
ganz erhebliche Effekt zu erzielen sind.
-
Moderne
Latentwärmespeichermaterialien auf
Salz- oder Paraffinbasis können
für die
verschiedensten Anwendungsbereiche speziell ausgebildet werden und
werden erfindungsgemäß auf die
vorliegenden Temperaturbereiche aber auch auf die Einwirkdauer der
hohen Temperaturen abgestimmt. Es ist ferner bereits bekannt, Latentwärmespeichermaterialien
in Warmhalteplatten für
die Gastronomie zu verwenden.
-
Latentwärmespeicher
werden beispielsweise unter der Marke Rubitherm vertrieben, wobei
diese Wärmespeichermaterialien
im Schmelzpunktbereich zwischen ca. –3°C und 100°C als ungebundenes Latentwärmeparaffin
oder in gebundener Form als Speichergranulat oder Speicherplatte
geliefert werden.
-
Erfindungsgemäß kann der
Latentwärmespeicher
an beliebiger Stelle des zu schützenden
Bereiches, das heißt
des Bereiches des Bedienfelds angebracht werden. Vorteilhaft wird
der Latentwärmespeicher
zwischen Heizelement und zu schützendem Bereich
eingebracht.
-
Vorzugsweise
wird erfindungsgemäß der Schmelzpunkt
bzw. Schmelzbereich des Latentwärmespeichers
auf die Temperatur abgestimmt, die bei einem Bediener beim Berühren des
Bedienfeldes noch als angenehm empfunden wird. Zumindest wird ein
Latentwärmespeicher
verwendet, dessen Umwandlungstemperatur zu mindest im Bereich der nach
der europäischen
Sicherheitsnorm zulässigen Temperatur
liegt. Hierbei wird die Auslegung so getroffen, dass die Temperatur
des Bedienfeldes für
zumindest einen Zeitraum auf dem Soll-Wert gehalten wird, der eine
typische Anwendung (Kochen, Backen) des Hausgeräts entspricht, also beim Kochen z.
B. 1 bis 1,5 Stunden.
-
Ferner
wird die Speicherkapazität
so ausgelegt, dass auch bei einer längeren Einwirkdauer ein Ansteigen
der Temperatur des Bedienfeldes über
einen Soll-Wert vermieden wird.
-
Die
Elektronik des Bedienfeldes kann auch in einer Mulde aus dem Latentwärmematerial
eingebracht sein.
-
Zudem
ist es erfindungsgemäß möglich, den Latentwärmespeicher
mit metallischen Kühlrippen
so auszubilden, dass die Kühlrippen
an einer Kochfläche
und/oder Bedienfläche
und/oder Bodenwandung und/oder einer die Elektronik umgebenden Metallwanne
derart angeordnet sind, dass durch die Kühlrippen von außen auf
das Bedienfeld wirkende Wärme
in den Latentwärmespeicher
abgeleitet wird, und umgekehrt, nach dem Ausschalten des Heizelementes
im Speicher vorhandene Wärme,
die dann bei der Phasenumwandlung wieder frei wird, nach außen abgeführt wird.
-
Die
Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es
zeigen hierbei:
-
1:
einen stark schematisierten Querschnitt durch ein Kochfeld mit einer
Kochfläche
und einem Bedienfeld mit einer ersten Ausführungsform eines angeordneten
Speichers;
-
2:
eine weitere Ausführungsform
eines Speichers;
-
3:
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
eines Speichers mit Latentwärmespeicherplatten;
-
4:
eine weitere Ausführungsform
eines Latentwärmespeichers,
wobei der Latentwärmespeicher
als ein das Bedienfeld und die Elektronik des Bedienfeldes unterseitig
der Kochfläche
umgebender Topf bzw. Mulde ausgebildet ist.
-
1 zeigt
schematisch den Querschnitt durch ein Kochfeld 1 mit einer
Kochfläche 2 und
einem unterhalb der Kochfläche 2 liegenden
Heizelement 3. Die Kochfläche 2 wird im Wesentlichen
aus einer Platte aus Glaskeramik ausgebildet. Das Heizelement 3 ist
ein an sich bekanntes elektrisches Heizelement 3 für Glaskeramikkochflächen bzw.
Kochfelder 1. Benachbart zum Heizelement 3 ist
unterhalb der Kochfläche 2 ein
Elektronikmodul 4 eines durch die Kochfläche 2 sicht-
und bedienbaren Bedienfeldes 5 vorhanden. Zwischen dem
Elektronikmodul 4 bzw. dem Bedienfeld 5 und dem
Heizelement 3 ist ein Wärmeschutzblech 6 vorhanden,
das Wärmeschutzblech 6 kann
ein einzelnes Blech sein, welches sich von der Unterseite der Kochfläche 2 erstreckt
oder ein doppelt oder mehrfach ausgeführtes Wärmeschutzblech, mit Lufträumen dazwischen
sein.
-
Zwischen
dem Wärmeschutzblech 6 und dem
Elektronikmodul 4 ist erfindungsgemäß ein Latentwärmespeicher 7 angeordnet.
Der Latentwärmespeicher 7 ist
beispielsweise ein wannenartiger Behälter 7a der Wärmespeichermaterial
enthält.
Das Heizelement 3, das Elektronikmodul 4, das
Wärmeschutzblech 6 sowie
der Latentwärmespeicher 7 sind in
einer gemeinsamen Wanne 8 bzw. Bodenwanne 8 angeordnet,
welche sich von einer Unterseite der Kochfläche weg erstreckt und die genannten
Elemente umgibt. Das Wärmeschutzblech 6 erstreckt sich
vorzugsweise von einer Unterseite der Kochfläche 2 bis zur Bodenwanne 8,
die insbe sondere wärmeleitend
mit dem Wärmeschutzblech 6 verbunden sein
kann.
-
Der
Latentwärmespeicher 7 kann
vorteilhafter Weise in das Latentwärmespeichermaterial hineinragende
hochwärmeleitende
Materialien wie Bleche umfassen (2), da das
Material im festen Zustand üblicherweise
eine schlechte Wärmeleitung besitzt
und die dynamische Speicherwirkung so in vorteilhafter Weise verbessert
werden kann. Ein derartiger Latentwärmespeicher 7 (2)
umfasst eine Hülle 7a bzw.
Kammer 7a, welche sich von der Unterseite der Kochfläche 2 weg
erstreckt und in einer Draufsicht auf die Kochfläche 2 (nicht gezeigt)
beispielsweise langgestreckt quaderförmig ausgebildet ist. Innerhalb
der Hülle 7a ist
ein Kühlgrundkörper 9 angeordnet,
der sich entlang der Unterseite der Kochfläche 2 erstreckt. Von
dem Grundkörper 9 erstrecken
sich Rippen 10 in dem von der Hülle 7a umschlossen
Raum, und damit in das Latentwärmespeichermaterial
hinein. Der Latentwärmespeicher 7 bzw. der
Grundkörper 9 ist
in Wärmekontakt
zur Unterseite der Kochfläche 2 angeordnet.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Grundkörper 9 bzw.
sind der Grundkörper 9 und die
Kühlrippen 10 bereits
bei der Herstellung der Kochfläche 2 unterseitig
in die Kochfläche 2 eingegossen
bzw. an diese angegossen, um eine möglichst hochwärmeleitende
Verbindung herbeizuführen.
-
Das
Latentwärmespeichermaterial
ist beispielsweise ein Latentwärmespeichermaterial
auf Basis von Paraffin. Ein derartiges Latentwärmespeichermaterial ist unter
dem Namen Rubitherm RT von der Firma Rubitherm GmbH/Hamburg bekannt.
Der Schmelz- und Erstarrungspunkt beträgt 58°C. Die Speicherkapazität beträgt 170 kJ/kg.
Neben dieser Ausführungsform
gibt es weitere La tentwärmespeichermaterialien
mit Arbeitspunkten zwischen –4°C und 100°C.
-
In
einer Ausführung
wird dieses Latentwärmespeichermaterial
in/an einen Feststoff gebundener Form eingesetzt (RT). Hierbei ist
vorteilhaft, dass das Material nicht flüssig wird und daher keine zusätzliche
Umhüllung
notwendig ist. Nachteilig ist, dass das Material nur 65 % Latentwärmespeichermaterial
enthält.
Ein guter Füllgrad
kann über
ein die Hohlräume
ausnutzendes Formteil (bevorzugt nahe der Bedienfläche) erzielt
werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
wird das Latentwärmespeichermaterial
als Granulat aus nichtschmelzenden Partikeln durch Schüttung eingebracht.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein hoher Füllgrad des
zur Verfügung
stehenden Raumes und damit eine gute Speicherwirkung erreicht werden.
Das Wärmespeichermaterial
kann hierbei in einer festen Umhüllung,
wie in der Hülle 7a oder
in einer flexiblen Umhüllung
untergebracht sein. Im letzteren Fall kann die Wärmedehnung besonders gut kompensiert
werden, wobei die flexible Hülle
beispielsweise eine Kunststofffolie ist, die nach dem Befüllen verschweißt wird.
-
Das
Wärmespeichermaterial
kann dem zu schützenden
Bereich, also dem Bedienfeld 5 nahe liegen oder über Wärmeleitmaßnahmen
dem Bedienfeld verbunden sein und zumindest teilweise weiter entfernt,
in einem verfügbaren
Raum angeordnet sein. In diesem Fall können Wärmeleitkörper (z. B. metallische Wärmeleitkörper) oder
sogenannte "heat-pipes" zum Wärmetransport
vom Bedienfeld zum Latentwärmespeicher
eingesetzt werden.
-
Ferner
kann das Latentwärmespeichermaterial
innerhalb der Wanne 7a in Form von mikroverkapseltem Material
in einer Flüssig keit
vorgesehen sein, die durch ihre Konvektion einen Wärmetransport
zu noch nicht phasenumgewandelten Material ermöglicht. Es kann als Flüssigkeit
auch ein Latentwärmematerial
mit niedrigerem Arbeitspunkt vorgesehen sein. Diese Anordnung nimmt
besonders viel Wärme
bei trotzdem gutem dynamischem Verhalten auf. Hierbei können Kühlrippen
vorhanden sein, wobei der Aufbau ohne Kühlrippen besonders einfach ist.
-
Bei
einer weitern vorteilhaften Ausführungsform
wird Latentwärmespeichermaterial
in Form von Platten verwendet (3). Diese
Latentwärmespeicherplatten 11 können sich
von einer Unterseite der Kochfläche 2 in
die Hülle 7a hineinerstrecken,
wobei die Platten (11a bis 11g) nebeneinander,
mit Flachseiten aneinander angrenzend in der Hülle 7a angeordnet
sind. Die Platten 11a bis 11g können hierbei aus
einem einheitlichen Latentwärmespeichermaterial
ausgebildet sein.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Wärmespeicherplatten 11a bis 11g in
einer Kühlrippenstruktur
mit Kühlrippen 10 angeordnet.
Die Platten können
hierbei teilweise oder vollständig
von den Kühlrippen 10 getrennt
sein. Bei einer weiteren Ausführungsform
laufen die Grenzen zwischen den Platten frei, während die Kühlrippen jeweils in etwa zentralmittig
in die Platten 11a bis 11g eintauchen (nicht gezeigt).
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden anstelle
von Platten 11a bis 11g Kammern 11a bis 11g (nicht
gezeigt) in der Hülle 7a vorgesehen,
die mit Granulat und/oder Flüssigkeiten aufgefüllt sind.
-
Selbstverständlich ist
es auch möglich,
innerhalb einer Wanne 7a des Latentwärmespeichers 7 mehrere
Granulate mit unterschiedlichen Umwandlungspunkten in einer Wärmeleitflüssigkeit
anzuordnen.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (4)
wird die Elektronik 3 bzw. das Bedienfeld 4 innerhalb
einer Wanne 15 angeordnet, die ein Latentwärmespeichermaterial
enthält.
Die Wanne liegt dabei topfartig um das Elektronikmodul herum und
von unten an der Kochfläche 2 an.
Die Wanne 15 besitzt eine nach außen weisende Wandung 16 und eine
nach innen weisende Wandung 17, wobei im Bereich eines
Wannenbodens 18, ein Kabeldurchgang 19 für die zum
Elektronikmodul 3 führenden
Kabel vorhanden sein kann. Innerhalb der Wanne 15 können die
bereits beschriebenen möglichen
Ausführungsformen
von Latentwärmespeichermaterialien vorliegen.
Zum einem können
somit Platten aber auch unterschiedliche Granulate einzeln oder
gemischt und ggf. mit einer Wärmeleitflüssigkeit
versehen vorhanden sein. Selbstverständlich kann die Wanne auch
aus einem einheitlichen eingebrachten Material bestehen.
-
Darüber hinaus
kann auch in einer Wanne 15, ein oder mehrere Grundkörper 9 mit
daran angeordneten Kühlrippen 10 vorhanden
sein. Der Grundkörper 9 und
die Kühlrippen 10 können sich
hierbei kreisförmig
oder quadratisch (abhängig
von der Grundform der Wanne) in der Wanne und damit um das Elektronikmodul 4 herum
erstrecken. Hierdurch wird das Bedienfeld 5 und das Elektronikmodul 4 allseitig
von Temperatureinflüssen
wirksam abgeschirmt, beispielsweise wenn das Bedienfeld innerhalb
eines Kochfeldes oder zwischen mehreren Heizelementen angeordnet
ist. Teilflächen 10a der
Kühlrippen 10 können sich
hierbei auch im Bodenbereich 15 der Wanne befinden.
-
Bei
der Verwendung von Latentwärmespeichermaterial,
welches sich bei der Aufnahme von Wärme verflüssigt, können die Kühlrippen bei allen Ausführungsformen
Durchbrechungen in Form von Löchern
aufweisen, um ggf. eine freie Durchströmung zu gewährleisten, wenn dies gewünscht ist.
-
Bei
einer Ausführungsform
mit einer Latentwärmespeicherwanne 15 können ebenfalls
metallische Wärmeleitelemente
direkt von der Bedienfläche nach
außen
in die Wanne 15 bzw. zu den Grundkörpern 9 der Kühlelemente 10 geführt werden.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Latentwärmespeichermaterial zentral
unterhalb der Kochfläche 2,
im Bereich eines Warmhalteplattenabschnitts angeordnet, wobei von den
zu kühlenden
Bereichen der Kochfläche
Wärmeleitelemente
zum Latentwärmespeicher
laufen. Hierbei können
die zu kühlenden
Bereiche auch flüssigkeitsgekühlt werden
und Kühlschlangen
bzw. Wärmeabgabeschlangen
durch den Latentwärmespeicher
laufen. Hierbei ist es insbesondere möglich, einen Latentwärmespeicher
zu verwenden, der eine relativ hohe Umwandlungstemperatur besitzt.
Bei der erneuten Phasenumwandlung kann die freiwerdende Wärme innerhalb
des Wärmeplattenbereichs
zum Warmhalten genutzt werden.