DE4309240A1 - Dampferzeuger mit einer Verdampfungskammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Ver­ dampfungskammer, einer Beheizung, einer Flüssigkeitszuleitung mit Dosiermitteln für die Flüssigkeitszufuhr und einer Dampf­ ableitung, insbesondere für die Erzeugung kleiner Dampfmen­ gen, beispielsweise für Bügel- und andere Kleiderbehandlungs­ maschinen, Backöfen, Gärschränke, Inhalatoren, alle Arten von Nahrungsmittelerwärmung etc.

Derartige Klein-Dampferzeuger sind normalerweise elektrisch beheizt und haben eine Beheizung mittels außen aufgesetzter Rohrheizkörper (s. DE-40 29 511 A1, DE-40 529 512 A1). Auch beheizte Böden sind bei kombinierten Flüssigkeits/Dampfer­ zeugern bereits bekanntgeworden (EP 363 708 A2).

Bei den bisherigen Dampferzeugern wurde Flüssigkeit so zu­ dosiert, daß ein Flüssigkeitsniveau eingehalten wurde (s. EP 193 863 B1). Dazu wurden verschiedene Methoden der Flüssig­ standsüberwachung eingesetzt, beispielsweise durch beheizte Fühler, um die Zudosierung verbrauchter Flüssigkeit zu gewährleisten, bevor der Flüssigkeitsspiegel einen vorgegebe­ nen Stand unterschritt. Diesen Dampferzeuger sind insbe­ sondere dann problematisch, wenn Dampf nur kurzzeitig ge­ braucht wird. Sie sind teilweise sehr voluminös und haben Verkalkungsprobleme.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile bisheriger Dampferzeuger zu vermeiden und insbesondere einen bei ver­ schiedenen Wasserqualitäten einsetzbaren, einfach von Rück­ ständen, beispielsweise Kalk, zu befreienden und rasch reagierenden Dampferzeuger zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöste.

Bei der Erfindung wird also dafür gesorgt, daß die beheizte Verdampfungsfläche nur soviel Flüssigkeit bekommt, wie sie innerhalb eines Verdampfungszyklus gänzlich verdampfen kann. Es werden Dampfstöße erzeugt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Beheizung, d. h. beispielsweise eine die Verdampferfläche enthaltende Platte und eine daran angebracht elektrische Beheizung, eine relativ große Wärmekapazität haben. In diesem Falle braucht die Heizung weder besonders schnell ansprechen noch sehr kräftig ausgelegt zu werden, wenn beispielsweise einzelne Dampfstöße in größeren Abständen erzeugt werden sollen. Die Beheizung kann also ständig auf einer Temperatur zwischen 100 und 200°, vorzugsweise bei 150°C, gehalten werden. Beim Auftreffen der Flüssigkeit auf diese Ver­ dampfungsfläche setzt wegen der geringen zugeführten Flüssig­ keitsmenge die Verdampfung fast sofort ein und endet vor allem auch unmittelbar nach dem Ende der Flüssigkeitszu­ führung. Die Flüssigkeit sollte zwar insgesamt als ein Flüssigkeitsstoß, jedoch innerhalb des Verdampfungszyklus möglichst gleichmäßig zugeführt werden, z. B. über eine kleine elektrische Dosierpumpe. Es werden lange Zeiten zwischen dem Signal für den Beginn der Dampferzeugung und der tatsäch­ lichen Dampferzeugung ebenso vermieden wie eine zu lange Nachdampfzeit.

Steuerung und Regelung sind besonders einfach. Für die Beheizung ist es lediglich notwendig, eine gleichmäßige Temperatur einzuhalten. Dies kann während der gesamten Betriebsdauer des Gerätes erfolgen, dem der Dampferzeuger zugeordnet ist.

Auch der Aufbau des Gerätes ist sehr einfach. Es kann die Form einer relativ flachen Schüssel haben, dessen Boden die Beheizung bildet. Dieser Boden kann aus einer relativ dicken Stahlplatte bestehen, auf deren Unterseite ein elektrischer Rohrheizkörper aufgelötet ist. Die die Verdampfungsfläche bildende Oberseite der Platte ist vorzugsweise durch eine Korrosionsschutzschicht geschützt, die beispielsweise aus einem nickelhaltigen Lötmaterial bestehen kann. Es kann in Form einer Lötpaste auf die Oberseite aufgebracht werden und bildet beim Durchgang durch den Lötofen, bei dem gleichzeitig der Boden in die Kammerwandung eingelötet wird, die Kor­ rosionsschutzbeschichtung.

Nach oben kann die Verdampfer-Kammerwandung durch einen abnehmbaren Deckel verschlossen sein. Dadurch und durch die flache Form ist es einfach, eventuelle Rückstände, wie Kalk, von der Verdampfungsfläche zu entfernen. Es ist auch möglich, einen besonderen Einsatz zur Rückstandsentnahme, beispiels­ weise ein Edelstahl-Netz, auf den Boden zu legen, der den Kalk aufnimmt und zur Reinigung herausgenommen werden kann.

Es hat sich herausgestellt, daß der Verdampfer nach der Erfindung kaum anfällig für die Art und Qualität der zu verdampfenden Flüssigkeit ist, und zwar sowohl in Bezug auf Korrosion als auch auf das Anbacken von Rückständen. Dies ist sicherlich erstaunlich, da man bei einer vollständigen Verdampfung der Flüssigkeit mit besonderen Problemen bezüg­ lich der Verkalkung rechnen müßte. Erstaunlicherweise ist aber diese Anfälligkeit geringer als bei Verdampfern, die jeweils nur einen Teil der Flüssigkeit verdampfen und evtl. auch einen Wechsel der Verdampfungsflüssigkeit vor ihrem gänzlichen Verbrauch zulassen. Bei entsprechender Flächenge­ staltung sprengen sich die Rückstände beim Trockenlauf selbst ab und können so leicht entfernt werden. Korrosionsprobleme sind deswegen gering, weil das Gerät die größte Zeit trocken arbeitet. Es wird auch eine Sumpfbildung auf dem Verdampfer­ boden vermieden.

Die Ausbildung des Bodens aus normalem Stahl hat außer Kostenvorteilen den zusätzlichen Vorteil der dreifach besseren Wärmeleitfähigkeit normalen Stahls gegenüber rost­ freiem Stahl. Ferner ist das Wärmeausdehnungsverhalten zwischen Behälterboden und Behälterwandung günstiger. Die Einstellung der Pumpenförderleistung kann über elektrische Mittel, beispielsweise über variable Widerstände oder eine elektronische Schaltung, erfolgen.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung und aufanderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun­ gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch einen Dampf­ erzeuger,

Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine Variante und

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild.

Fig. 1 zeigt einen Dampferzeuger 11 mit einer Verdampferkam­ mer 12, die die Form einer flachen kreisrunden Schale hat. Ihre Mantelwandung 13 hat in dem unteren Abschnitt eine umlaufende Sicke 14, die als obere Anschlagbegrenzung für einen an die Behälterwandung angelöteten Boden 15 dient. Dieser besteht aus einer relativ dickwandigen Scheibe aus normalem, im wesentlichen unlegiertem Stahl. An die Unter­ seite des Bodens 15 ist ein ringförmig gebogener, im Quer­ schnitt dreieckig verformter und somit der Bodenunterseite angepaßter elektrischer Rohrheizkörper 16 angelötet, der den Boden 15 beheizt. Seine Enden sind nach unten abgebogen und werden über Anschlußfahnen 17 elektrisch angeschlossen. Die aus dem Boden und den Rohrheizkörpern bestehende Beheizung 17 hat eine ebene kreisförmige Oberfläche, die eine Verdampfer­ fläche 18 bildet. Der Boden ist zumindest im Bereich dieser Verdampferfläche mit einer Beschichtung 19 versehen, die aus einer dünnen Schicht aus Nickel-Lotmaterial besteht.

Die Beschichtung entsteht während des Lötvorganges, mit dem die Rohrheizkörper 16 an die Unterseite des Bodens gelötet und gleichzeitig der Boden in die Mantelwandung 13 eingelötet wird. Gleichzeitig kann auch Mittelzapfen 20 festgelötet werden, der einen vertikalen Mittelbolzen 21 trägt. Bei der Vorbereitung der Lötung wird Nickel-Basislot in Pastenform nicht nur auf die Verbindungsstellen zwischen Rohrheizkörper und Mantelwandung und Boden, sondern auch auf die Verdampferfläche 18 aufgestrichen. Bei der nachfolgenden Ofenlötung wird der Stahlboden also schmelz-vernickelt.

Die Verdampferkammer 12 wird nach oben durch einen Deckel 22 in Form einer flachen Scheibe abgeschlossen, die von einer Flüssigkeitszuleitung 23 in Form eines Stutzens durchragt wird. Ferner ist im Deckel eine Dampfableitung 24 vorgesehen, die an den Dampfverbraucher, beispielsweise Dampfdüsen in einem Bügelautomaten, angeschlossen werden. Der Deckel 22 liegt über eine Dichtung 25 auf einem seitlichen oberen Flansch 26 der Behälterwandung 13 auf. Bolzen 27 ermöglichen die Befestigung des eine zusammenhängende Einheit bildenden Dampferzeugers am Verbraucher-Gerät.

An die Unterseite des Bodens 15 ist in der Mitte ein Thermo­ stat 28 angeschlossen. Dieser braucht nicht manuell einstell­ bar zu sein. Er kann auf eine bestimmte Temperatur, die beispielsweise 150° an der Verdampferfläche 18 betragen kann, fest eingestellt sein. Hierzu ist ein üblicher Temperatur­ schalter mit einer Bimetall-Sprungscheibe geeignet, der auch als KLIXON bekannt ist. Er kann durch eine Schraube 49 an die Mitte der unbeheizten Mittelzone der Bodenunterseite ange­ preßt sein. Er reagiert somit auf die Temperatur des Bodens und nicht direkt auf die Temperatur am Rohrheizkörper. Die große Wärmekapazität und gute Leitfähigkeit des Bodens vergleichmäßigt die Temperatur über die Verdampferfläche 18 sowohl räumlich wie auch zeitlich, so daß die Aussetzregelung (Aus-Ein) des Thermostaten völlig ausreichend ist. Die genaue Temperatureinhaltung spielt auch keine so große Rolle, weil sie nur unwesentlich in das Verdampfungsergebnis eingeht.

Dieses wird vielmehr hauptsächlich von der Flüssigkeitszufuhr bestimmt.

Ferner ist an den Rohrheizkörper 16 ein Temperaturbegrenzer 29 thermisch angekoppelt, der lediglich eine thermische Sicherung bei Ausfall des Thermostaten 28 darstellt. Es kann sich um eine Schmelzsicherung handeln.

Der Raum unterhalb des Bodens 15 ist durch einen unteren Abschlußdeckel 30 abgedeckt, der auch eine Isolierung enthal­ ten könnte.

Fig. 2 zeigt den gleichen Dampferzeuger wie Fig. 1, der sich nur durch folgende zusätzliche Merkmale unterscheidet: unterhalb der Öffnung der Flüssigkeitszuleitung 23 ist ein Flüssigkeitsverteiler 31 angeordnet, der auf dem Mittelbolzen 21 angebracht ist und die Form einer runden, flachen Schale hat. Er wird beim Einlaufen der Flüssigkeit gefüllt und läßt die Flüssigkeit am Rand über laufen oder auch durch eingear­ beitete Öffnungen abtropfen. Dadurch wird die Flüssigkeit auf der Verdampferfläche 18 verteilt. Durch eine mittlere Abflußöffnung kann der Flüssigkeitsverteiler 31 sich entlee­ ren. Es ist aber auch möglich, einen gewissen Flüssigkeits­ rest in ihm zurückzuhalten, wenn ein geringfügiges Nach­ dampfen erwünscht ist. Überhaupt läßt sich die Intensität und Verteilung des Dampfes, sozusagen das Dampfprofil, während eines Verdampfungszyklus durch entsprechende Verzögerung oder Beschleunigung der Flüssigkeitszufuhr, durch Zurückhalten von Flüssigkeit in Abstand von der Verdampferfläche etc. beliebig und relativ trägheitsarm verändern.

Auf der Verdampferfläche 18 liegt in Fig. 2 ein Rückstands- Entnahmeeinsatz in Form einer kreisringförmigen Scheibe aus einem Edelstahl-Netz. Es behindert die Dampfentstehung nicht, bindet aber Rückstände aus der zu verdampfenden Flüssigkeit, beispielsweise den Kalk im Wasser, und läßt sich mit diesem zusammen leicht zur Reinigung entnehmen.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild des Verdampfers. Es ist zu erkennen, daß die Beheizung 17 den Rohrheizkörper 16, den Thermostaten 28 und den Temperaturbegrenzer 29 in Reihe zwischen Netzspannungszuleitungen 33, 34 geschaltet enthält. Sie wird zusammen mit dem Verbraucher-Gerät eingeschaltet, also stets, wenn das Gerät, beispielsweise der Bügelautomat, eingeschaltet ist. Bei entsprechender Isolierung des Dampfer­ zeugers sind die Verluste bei Nichtbenutzung des Dampfer­ zeugers realtiv gering.

Parallel zur Beheizung ist eine kleine elektrische Dosier­ pumpe 35 geschaltet, die die zu verdampfende Flüssigkeit aus einem nicht dargestellten Reservoir oder zum Beispiel einem Wassernetz entnimmt und sie der Flüssigkeitszuleitung 23 (Fig. 1) zuführt. Die Leistung des Motors 36 der Pumpe 35 und damit die Dosiermenge kann durch verschiedene Maßnahmen, beispielsweise einen Widerstand 37, eine Diode 38 oder dgl., entsprechend verringert oder eingestellt sein. Ein Schalter 39, der manuell, geregelt oder programmgesteuert von dem Verbraucher-Gerät ein- oder ausgeschaltet wird, setzt die Pumpe in Betrieb. Ggf. kann eine Zeitautomatik mit dem Schalter verbunden sein, die ihn jeweils für eine bestimmte Impulsdauer schließt und dann wieder öffnet.

Der Dampferzeuger arbeitet nach folgendem Verfahren:

Beim Einschalten des Verbraucher-Gerätes, wenn also Spannung an die Netzzuleitung 33, 34 gelegt wird, wird die Beheizung 17 eingeschaltet und bringt den Boden auf seine voreinge­ stellte Temperatur, die zwischen 100 und 200°C, vorzugsweise bei etwa 150°, liegt. Diese Temperatur wird durch entspre­ chendes Ein- und Ausschalten des Thermostaten 28 eingehalten.

Die Verdampfungskammer 12 ist dabei leer. Zur Dampferzeugung wird durch Schließen des Schalters 39 die Dosierpumpe 35 in Gang gesetzt und fördert die zu verdampfende Flüssigkeit durch die Flüssigkeitszuleitung 23 in die Verdampfungskammer, wo sie in dünner Schicht auf die Verdampferfläche 18 kommt und sofort mit dem Verdampfen beginnt. Dabei wird die für die Verdampfung benötigte thermische Energie dem Boden 15 entnom­ men, der dazu infolge seiner guten Wärmespeicherfähigkeit in der Lage ist. Der im Mittelbereich angeordnete Thermostat 28 wird schnell auf die resultierende Abkühlung des Bodens reagieren und die Heizung wieder einschalten, die entspre­ chend Wärmeenergie in den Boden nachschießt.

Nach einer vorgewählten oder durch das Verbrauchergerät bestimmten Zeit wird durch Öffnen des Schalters 39 die Dosierpumpe wieder stillgesetzt, und die Flüssigkeitszufuhr hört auf. Wegen der nur geringen in der Verdampferkammer enthaltenen Flüssigkeitsmenge hört die Dampferzeugung damit fast schlagartig auf, so daß ein Dampfstoß mit durch den Förderstrom bestimmter Stärke und durch die Länge der Flüssigkeitszuführung bestimmter Dauer erzeugt wird.

Die Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit, der relative Zeitan­ teil der Dampferzeugung und die installierte Leistung der Beheizung unter Berücksichtigung der Wärmekapazität des Bodens sollten entsprechend den Erfordernissen aufeinander abgestimmt sein. So kann beispielsweise bei entsprechend großer Wärmekapazität und einer Dampfstoßerzeugung in größe­ ren Zeitabständen die installierte Leistung der Beheizung relativ gering gewählt werden und u. U. kleiner sein, als es zur kontinuierlichen Dampferzeugung mit dem vorgegebenen Flüssigkeits-Mengenstrom nötig wäre. In diesem Falle würde die jeweils benötigte, über die installierte Leistung hinaus­ gehende Energieentnahme aus der Wärmekapazität der Beheizung oder daran angeschlossener Bauteile entnommen werden. In jedem Falle sollte aber die installierte Leistung höher sein als die insgesamt zur Verdampfung der zugeführten Flüssigkeit benötigte Leistung, damit sichergestellt ist, daß bei Been­ digung der Flüssigkeitszufuhr in kürzerer Zeit alle Flüssig­ keit verdampft ist und kein Sumpf verbleibt.

Der Deckel 22 kann zur Reinigung des Gerätes nach Lösen einer auf dem Mittelbolzen 21 geschraubten Flügelmutter 40 abgenom­ men werden. Deckel und Behälterwandung 13 können aus Edel­ stählen bestehen, so daß zusammen mit der Beschichtung 19 des Bodens keine Korrosion zu befürchten ist.

Der Dampferzeuger eignet sich insbesondere für die Erzeugung von Dampfstößen. Es ist möglich, innerhalb kürzester Zeit, beispielsweise von 3 bis 4 Sekunden nach dem Start der Pumpe 35, bereits volle Dampfleistung zu erzielen und den Dampfstoß ebenfalls wenige, beispielsweise 5 bis 6 Sekunden nach Abstellen der Pumpe, zu beenden. Die Wasserzufuhr sollte so bemessen sein, daß, über mehrere Verdampfungszyklen betrach­ tet, die zu ihrer Verdampfung benötigte Energie 10 bis 20% geringer ist als die installierte Verdampferleistung des Gerätes. Es ist auch möglich, Dampf kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich zu erzeugen, indem beispielsweise Flüssigkeit ständig aufgetropft oder ohne Bildung eines Dauerreservoirs oder Flüssigkeitsspiegels kontinuierlich aufgebracht wird. Es ist auch möglich, mehrere Flüssigkeits­ zuleitungen so anzuordnen oder die Flüssigkeit über Düsen aufzuspritzen, so daß die Verdampferfläche auch bei geringen Zuführmengen gleichmäßig beschickt wird. Dadurch können u. U. die Start- und Nachdampfzeiten noch verkürzt werden.

Der Verdampfer hat also die Form einer flachen Dose mit einem aus unlegiertem Stahl bestehenden, an seiner Oberfläche durch eine Nickelschicht korrosionsfest gemachten, von Rohrheizkör­ pern beheizten Boden. Er wird von einem Thermostaten auf gleichmäßiger Temperatur gehalten. Die Dampferzeugung erfolgt über entsprechende Dosierung der zu verdampfenden Flüssigkeit über eine Pumpe in der gleichen Menge, in der ziemlich unmittelbar darauf die Verdampfung auf der vorher trockenen Verdampferfläche erfolgt.

Claims (12)

1. Dampferzeuger mit einer Verdampfungskammer (12), einer Beheizung (17), einer Flüssigkeitszuleitung (23) mit Dosiermittel (35) für die Flüssigkeitszuleitung und einer Dampfableitung (24), dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiermittel (35) und/oder die Beheizung (17) derart ausgebildet und steuerbar sind, daß auf eine Verdampfer­ fläche (18) der Beheizung (17) gebrachte Flüssigkeit innerhalb eines Verdampfungszyklus gänzlich verdampft.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiermittel (35) zur impulsweisen, vorzugsweise jedoch innerhalb der Impulsdauer kontinuierlichen Flüssigkeitszuleitung vorgesehen sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Beheizung (17) auch bei Fehlen von Flüssigkeit in der Verdampfungskammer (12) auf einer Verdampfungstemperatur von vorzugsweise zwischen 100 und 200°C, insbesondere ca. 150°C, thermo­ statisch geregelt wird.

4. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung (17) eine derartige Wärmekapazität und Leistung aufweist, daß die zu Beginn des Verdampfungszyklus in der Beheizung (17) gespeicherte und während eines Verdampfungszyklus zugeführte Energie größer ist, und zwar vorzugsweise um 10 bis 20% größer, als die zur Verdampfung der während des Verdampfungszyklus zugeführten Flüssigkeitsmenge nötige Energie.

5. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die-Beheizung (17) einen beheizten Boden (15) der Verdampfungskammer (12) bildet, und vorzugsweise aus nicht oder wenig legiertem Stahl mit einer korrosionsbeständigen, zumindest die Ver­ dampferfläche bedeckenden Beschichtung (19) besteht.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (15) an seiner Unterseite aufgelötete Rohrheizkörper (16) aufweist und/oder mit Verdampfungs­ kammerwandungen (13) durch Lötung verbunden ist.

7. Dampferzeuger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschichtung (19) durch eine vor­ zugsweise bei einem Lötvorgang mit aufgebrachte Schicht aus Lötmaterial, wie Nickelbasislot, gebildet ist.

8. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (12) zur Rückstandsentfernung öffenbar ist.

9. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in die Verdampfungskammer (12) einlegbaren Rückstands-Entnahmeeinsatz (32), insbesondere einen Edelstahlnetz-Körper.

10. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsverteiler (31) innerhalb der Verdampfungskammer (12).

11. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (12) die Form einer flachen, durch einen öffenbaren Deckel verschließbaren Schüssel mit flachem, beheiztem Boden (15) hat.

12. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung (17) durch einen an die Temperatur der Verdampferfläche (18) thermisch gekuppelten Thermostaten (28), z. B. einen Bimetall-Sprungscheiben-Thermostaten (KLIXON), geregelt ist und ggf. ein an die Heizelemente (16) der Beheizung (17) thermisch gekoppelter Temperaturbegrenzer (29) vorgesehen ist.