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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Dampf, insbesondere
zur Erzeugung von Wasserdampf speziell zur Verwendung in Backöfen, Dampfgargeräten oder ähnlichen
Geräten,
die aber auch für
Luftbefeuchter, als Dampfgenerator für Bügeleisen, Wäschetrockner, Waschmaschinen
oder Sterilisatoren für
medizinische und/oder Laborgeräte eingesetzt
werden kann.
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Es
sind sehr viele verschiedenartig gestaltete Dampferzeuger bekannt.
Der Aufbau dieser Geräte
wird vornehmlich durch den Anwendungszweck geprägt. So sind Dampferzeuger,
bestehend aus einem Kochgefäß, in dem
eine oder mehrere Spiralen von Rohrheizkörpern liegen, seit langem bekannt. Nachteilig
an diesen Anordnungen ist inbesondere, dass der Füllstand
des zu verdampfenden Wassers niemals die Eintauchtiefe der Tauchheizelemente
unterschreiten darf. Die Ableitung des Dampfes erfolgt dann über spezielle
Rohr- und/oder Leitungssysteme, in denen der erzeugte Dampf bereits
wieder kondensieren kann, so dass am Einsatzort des Dampfes bereits
wieder Wassertropfen auftreten. Andere Dampferzeuger nutzen offene
Heizelementeschalen, auf deren Bodenaußenseite ein oder mehrere elektrische
Heizelemente aufgelötet
sind. Nachteilig an diesen Anordnungen ist, dass der Dampf über die
Schale nach oben, beispielsweise in den Garraum eines Dampfgargerätes steigt,
diesen aber wegen seiner Größe nicht
vollständig
und gleichmäßig ausfüllt. Besonders
nachteilig an dieser Anordnung ist die Gefahr des Trockengehens
wegen des geringen Wasserstandes bzw. die Regulierung des konstanten Wasserstandes
in der Verdampferschale. Weitere Geräte sind als Druckgeräte ausgelegt.
Ein aufwändiges Überdrucksicherheitsventil
ist zwingend notwendig. In weiteren bekannten Lösungen werden Verdampferplatten
aufgeheizt und über
ein Reglersystem Wasserzufuhr und Heizung als Wechselspiel gesteuert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen neuen, drucklosen,
Platz sparenden Dampferzeuger so zu gestalten, dass größere Dampfräume, wie
Backröhren
von Herden, Backräume
von professionellen Backöfen,
Röhren
von Sterilisatoren o.ä. Geräte gleichmäßig mit
Dampf gleicher Konsistenz, d.h. insbesondere gleicher Dampfpartikelgröße ohne Wassertropfen-
und Kondensatanteilen homogen auszufüllen. Die Einfachheit der Geräte soll
aber auch den Einsatz in einfachen, vornehmlich an der Decke hängenden
Raumluftbefeuchtern oder Befeuchtern von Anlagen, über die
elektrostatisch aufladbare Materialien, wie textile Faserstoffe,
Kunststoffschichten oder -bahnen o.ä. laufen oder Befeuchtern in
Wärmerückgewinnungs-
und/oder Klimaanlagen ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einem Dampferzeuger gemäß Anspruch
1. Ein Dampferzeuger nach Anspruch 1 weist vorteilhaft gegenüber anderen
Ausgestaltungen eine niedrigere Bauhöhe auf und verhindert dabei
trotzdem, dass Wassertropfen oder Kondensatanteile aus dem Dampfrohrauslass austreten.
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Dies
hat mehrere Ursachen: Zum einen führt das Dampfrohr, das durch
die Dampfauslassöffnung des
Gehäuses
hindurchragt, durch das zu verdampfende Wasser hindurch und wird
durch dieses miterwärmt.
Eine Kondensation des Dampfes im Dampfrohr wird somit wirkungsvoll
verhindert.
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Zum
anderen verhindert das dicht am Dampfrohr angebrachte Tropfblech,
dass Wassertropfen oder Kondensatanteile, die im sprudelnd kochenden
Wasser bis in Höhe
des Dampfrohreinlasses springen, in das Dampfrohr gelangen können, da das
Tropfblech als Sperre dient. Als direkte Verbindung ist hier besonders
die Lötverbindung
geeignet, aber auch Schweißen, Pressen
oder dicht Aufstecken ist denkbar. Vorteilhaft reicht das Tropfblech
bis dicht an die Gehäuseseitenwand
heran, da dann der Dampfrohreinlass besonders effektiv abgeschirmt
ist. Besonders vorteilhaft reicht das Tropfblech rundum 1–10 mm, äußerst vorteilhaft
bis 2–6
mm an die Gehäusewand
heran, so dass nur ein umlaufender Spalt zwischen Gehäuseseitenwand
und Tropfblech verbleibt. Die dann noch überkochenden Anteile können die
Strecke zum Dampfrohreinlass nicht überwinden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Tropfblech zum äußeren Rand
hin leicht geneigt ausgeführt,
damit die übergekochten
Anteile auf der Oberseite des Bleches entlang wieder zum Spalt geleitet
werden. Vorteilhaft ist eine Neigung zwischen 1°–10°, äußerst vorteilhaft 2°–6°. Die Füllstandshöhe kann
durch diese Ausgestaltung bis dicht unter das Tropfblech reichen,
wodurch ein sehr Platz sparender Dampferzeuger realisierbar ist.
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Unterstützt wird
die niedrige Bauhöhe
zusätzlich
noch dadurch, dass sich das Dampfrohr bevorzugt bis nahe unter die
Gehäusedeckwand
erstreckt. Geeignet ist ein Abstand zwischen Dampfrohreinlass und
Gehäusedeckwand
von 1,25–3
mm, besonders geeignet 1,5–2,5
mm. Hierzu ist der Dampfrohreinlass bevorzugt als Rohrquerschnitt ausgebildet,
da diese Ausgestaltung den geringsten Abstand erlaubt bei vorgegebener
Dampfdurchtrittsfläche
für drucklose
Dampferzeuger.
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Eine
einfache Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass das Dampfrohr durch
eine konzentrische Dampfauslassöffnung
im Gehäuseboden
hindurchragt und sich gerade bis oberhalb der Füllstandshöhe erstreckt. In Weiterbildung
der Erfindung weist das Dampfrohr eine gut wärmeleitende Verbindung zum Heizelement
auf. Dadurch ist es ermöglicht,
dass das Dampfrohr eine Temperatur erreicht, die oberhalb der Wassertemperatur
liegt. Vorteilhaft kann so der Dampf im Dampfrohr weiter erwärmt werden
und eine Kondensation des Dampfes verhindert werden. Dazu reicht
das Heizelement bis nahe an die Dampfauslassöffnung im Gehäuse heran.
Bevorzugt beträgt
der Abstand zwischen Dampfauslassöffnung und Heizelement maximal
3 cm, äußerst bevorzugt
2 cm. Ist zwischen Rohrheizkörper
als Heizelement und Gehäuseboden
eine Diffusionsplatte aus einem gut wärmeleitenden Material wie Aluminium
angeordnet, so steht diese Diffusionsplatte in einer Weiterbildung
mit dem Dampfrohr in wärmeleitender
Verbindung, beispielsweise als Lötverbindung.
In einer äußerst bevorzugten
Ausbildung erstreckt sich ein Abschnitt der Diffusionsplatte konturenangepasst
entlang des Dampfrohres und vergrößert so die Wärmeübergangsfläche. Zusätzlich kann
dieser Abschnitt eine Temperaturüberwachungseinrichtung
tragen, da die direkte Wärmeleitung
zum Heizelement gegeben ist.
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Erfindungsgemäß verfügt der Dampferzeuger
im Gegensatz zu bekannten Ausführungen
mit einer offenen Heizelementschale über ein geschlossenes Gehäuse. Das
bedeutet jedoch nicht, dass das Gehäuse einstückig ausgebildet sein muss,
sondern es ist bevorzugt aus mehreren dicht miteinander verbundenen
Teilen zusammengesetzt. So kann beispielsweise der beheizte Boden
aus Metall, bevorzugt Edelstahl, bestehen, während die Gehäuseseitenwand
und die Gehäusedeckwand
aus Kunststoff bestehen. In diese Kunststoffteile lassen sich dann einfach
und kostengünstig
Einbauten, wie Flüssigkeitseinlassöffnung oder
Aufnahmen für
Regler oder Temperaturfühler,
einformen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren.
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Dabei
zeigt
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Dampferzeuge
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2 einen
erfindungsgemäßen Dampferzeuger
mit einem Wasservorratsbehälter
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3 eine
Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Dampferzeuger
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4 eine
mögliche
Anordnung des erfindungsgemäßen Dampferzeugers
in einem Haushaltsherd
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Anhand
der 1 soll der Grundaufbau des erfindungsgemäßen Dampferzeugers
beschrieben werden. Der Dampferzeuger weist ein Gehäuse 1 mit einem
Gehäuseboden 1a,
einer Gehäuseseitenwand 1b und
einer Gehäusedeckwand 1c auf.
An der Außenseite
des Gehäusebodens 1a aus
Metall sind ein oder mehrere Rohrheizkörper 2 als Heizelement durch
geeignete und bekannte Verfahren wie Löten angebracht. Denkbar ist
auch die Anbringung an der Gehäuseseitenwand 1b.
Dies ist aber nur dann sinnvoll, wenn der Dampferzeuger nicht leerkochen
kann, da sich sonst das Heizelement überhitzt, und wenn die Gehäuseseitenwand
ebenfalls aus Metall besteht.
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In
dieser beispielhaften Ausführung
ist zwischen Heizelement 2 und Gehäuseboden 1a noch eine
Diffusionsplatte 2a aus Aluminium angeordnet. Im Gehäuseboden 1a ist
ein Dampfrohr 3 hier bevorzugt konzentrisch innerhalb des
Heizelementes 2 in einer Dampfauslassöffnung 1d des Gehäuses eingelassen.
Das Dampfrohr 3 ist von der zu verdampfenden und kochenden
Flüssigkeit 4 umgeben
und nimmt somit mindestens die Temperatur dieser Flüssigkeit 4 an,
wodurch sich kein unerwünschtes
Kondensat im Dampfrohr 3 bildet. Das Heizelement 2 reicht
bis nahe an das Dampfrohr 3 heran. Bevorzugt ist hierbei
ein maximaler Abstand a von 3 cm, äußerst bevorzugt von 2 cm. Vorteilhaft
steht die Diffusionsplatte 2a zusätzlich in direkter wärmeleitender
Verbindung zum Dampfrohr 3, hier als Lötverbindung 3c. Damit
ist die Temperatur des Dampfrohres 3 höher als die Temperatur des
austretenden Dampfes 5. Eine besonders effektive wärmeleitende
Verbindung ist dadurch gegeben, dass in diesem Ausführungsbeispiel
die Diffusionsplatte 2a an das Dampfrohr 3 bereichsweise
angepasst ist, d.h. die Diffusionsplatte 2a einen Bereich 2b aufweist,
der sich entlang des Dampfrohres 3 erstreckt und mit diesem
wärmeleitend
verbunden ist. Die erhöhte
Temperatur im Dampfrohr 3 wird noch dadurch verbessert,
dass das Heizelement 2 nicht getaktet, sondern permanent heizt.
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Die
Flüssigkeit 4 gelangt
durch den Flüssigkeitseinlass 4b in
das Dampferzeugergehäuse 1.
Die Füllstandshöhe 4a wird
durch bekannte Regelungssysteme konstant gehalten und reicht bis
nahe unterhalb eines Tropfbleches 6, das am oberen Ende
des Dampfrohres 3, dem Dampfrohreinlass 3a, konzentrisch
angeordnet ist. Denkbar ist aber auch eine einmalige Befüllung mit
anschließendem
Leerkochen. Durch eine dichte Verbindung von Dampfrohr 3 und Tropfblech 6,
beispielsweise durch eine Lötverbindung 3c,
können
Tropfen aus der Flüssigkeit 4 beim Kochen
nicht in das Dampfrohr 3 geschleudert werden, da das Tropfblech 6 als
Sperre dient. Lediglich entlang der Gehäuseseitenwand 1b verbleibt
ein umlaufender Spalt 6b, durch den Tropfen und Dampf nach
oben gelangen können.
Während
aber der Dampf weiter in den Dampfrohreinlass 3a strömt, laufen
die übergekochten
Tropfen, aber auch die Tropfen, die durch Kondensation an der Gehäusedeckwand 1c entstehen,
an der Tropfblechoberseite 6c oder auch innen an der Gehäusedeckwand 1c entlang
durch den Spalt 6b in die Flüssigkeit 4 zurück. Verbessert
wird dies noch durch einen Kragen 6a des Tropfbleches 6 am
Dampfrohr 3, der verhindert, dass Tropfen von der Tropfblechoberseite 6c in
den Dampfrohreinlass 3a gelangen. Weiterhin ist am äußeren Tropfblechrand
ein nach unten geneigter Wulst 6d ausgebildet, der es losgekochten
Tropfen erschwert, durch den Spalt 6b in den Teil oberhalb
des Tropfbleches 6 zu gelangen. Zusätzlich ist das Tropfblech 6 vom
Dampfrohr 3 zur Gehäuseseitenwand 1b hin
geneigt ausgeführt.
Bevorzugt ist auch die Gehäusedeckwand 1c vom
Zentrum nach außen
geneigt. Der Dampfrohreinlass 3a befindet sich weiterhin
vorteilhaft nahe unterhalb der Gehäusedeckwand 1c, um
eine niedrige Bauhöhe
zu gewährleisten.
Für die
beispielhafte Ausgestaltung ist vorteilhaft ein Abstand von 1,5
mm ausreichend.
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2 zeigt
eine Anordnung des Dampferzeugers nach 1 mit einem Überstromkanal 7 und einem
Wasservorratsbehälter 8 mit
Einfüllstutzen 9. Geeignete
Mittel (nicht gezeigt) müssen
hier die Füllstandshöhe 4a im
Dampferzeuger konstant halten und verhindern, dass erwärmte Flüssigkeit
aus dem Dampferzeuger zurück
in den Vorratsbehälter
gelangt.
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3 zeigt
eine Parallel- oder Serienanordnung der Verdampfer nach 1.
Vorteilhaft ist diese Anordnung insbesondere zur Erzeugung großer Mengen
Dampf. Erfindungsgemäß werden
die Verdampfergefäße 1 untereinander
mit Überströmkanälen 7,
die erfindungsgemäß als kommunizierende Röhren an
der tiefsten Stelle des Verdampfergefäßes 1 angeordnet werden,
verbunden.
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4 zeigt
eine mögliche
Anordnung des erfindungsgemäßen Verdampfers
in einem Haushaltsherd bekannter Konstruktion mit Kochplatten 10 und Backraum 11.
Erfindungsgemäß liegt
der Flüssigkeitseinfüllstutzen 7 auf
dem Niveau des höchstmöglichen
Standes der Flüssigkeit 4,
deren Bevorratung in einem zusätzlichen
unbeheizten Wasservorratsbehälter
(nicht gezeigt) erfolgt. Der Dampferzeuger ist erfindungsgemäß oberhalb
des Backraumes 11 angeordnet, der Damfrohrauslass 3b ragt
von oben in den Backraum 11 hinein.
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Ähnlich würde die
Ausgestaltung ausgeführt sein
in einem Wäschetrockner.
Auch hier wäre
der Dampferzeuger oberhalb des Trockenraumes angeordnet und der
Dampfrohrauslass 3b ragte in den Trockenraum. Abweichend
von der Anwendung im Backofen wäre
hier aber die einmalige Befüllung
des Dampferzeugers bis zur maximalen Füllstandshöhe und das anschließende Leerkochen
zu bevorzugen, um eine definierte Menge Dampf zuzugeben.
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Bei
Verwendung in einer Waschmaschine hätte die Erfindung den Vorteil,
dass wirkungsvoll verhindert wird, dass heißes Kondensat auf die Wäschestücke tropft.
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- 1
- Gehäuse des
Dampferzeugers
- 1a
- beheizter
Gehäuseboden,
Heizboden
- 1b
- Gehäuseseitenwand
- 1c
- Gehäusedeckwand
- 1d
- Dampfauslassöffnung
- 2
- Heizelement(e)
- 2a
- Diffusionsplatte
- 2b
- konturen-angepasster
Abschnitt der Diffusionsplatte an das Dampfrohr
- 3
- Dampfrohr
- 3a
- Dampfrohreinlass
- 3b
- Dampfrohrauslass
- 3c
- Lötverbindung
- 4
- Flüssigkeit
- 4a
- Füllstandshöhe
- 4b
- Flüssigkeitseinlassöffnung
- 5
- Dampf
- 6
- Tropfblech
- 6a
- Kragen
des Tropfbleches
- 6b
- Spalt
zwischen Tropfblech und Gehäuseseitenwand
- 6c
- Tropfblechoberseite
- 6d
- Wulst
des Tropfbleches
- a
- Abstand
zwischen Heizelement und Dampfrohr
- 7
- Überstromkanal
- 8
- Wasservorratsbehälter
- 9
- Einfüllstutzen
- 10
- Kochplatte
- 11
- Backraum