DE69521612T2

DE69521612T2 - Vorrichtung zur bereitung von heisswasser oder dampf

Info

Publication number: DE69521612T2
Application number: DE69521612T
Authority: DE
Inventors: Patrick Charles; Alexandre Rouches; Maurice Teule
Original assignee: SEB SA
Current assignee: SEB SA
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2015-06-17
Also published as: EP0766526B1; FR2721381B1; CN1120688C; EP0766526A1; CN1151109A; WO1995035057A1; DE69521612D1; US5943472A; FR2721381A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Geräten zur Bereitung von Heißwasser und/oder Dampf für verschiedene Vorgänge, wie etwa zum Zubereiten von heißen Getränken, Reinigen, Bügeln oder Zubereiten von Nahrungsmitteln. Die Erfindung betrifft insbesondere den Aufbau und den Betrieb eines Kessels oder einer Heizeinheit, der bzw. die beispielsweise in einer Kaffeemaschine für Filterkaffee oder Expresso-Kaffee angeordnet ist. Weitere Geräte, wie etwa Staubsauger, Bügeleisen oder Kocher, die mit Dampf arbeiten, sind auch eingeschlossen und gehen nicht über den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinaus.

Stand der Technik

Es ist bereits bekannt, insbesondere aus der EP-A-0.432.460, Kessel für Maschinen zum Zubereiten von heißen Getränken herzustellen, die eine besondere Form aufweisen, um das Wasser effektiver zu übertragen und zu erhitzen. Der in dieser Patentschrift beschriebene Kessel aus dem Stand der Technik enthält ein Heizelement, das mit einem Wasserzirkulationsrohr in Wärmeverbindung steht. Das Heizelement und das Rohr weisen im wesentlichen eine U-Form mit senkrechten Eingangs- und Ausgangsbereichen und einem leicht geneigten Zwischenbereich auf, der in Fließrichtung des Wassers bezüglich der Horizontalen ansteigt. Weiterhin enthält das Heizelement vier verschiedene Heizzonen, die entlang des Wasserzirkulationsrohrs verteilt sind. Eine derartige Gestaltung ermöglicht es insbesondere, Dampfblasen zum Ausgangsbereich hin abzuführen, wobei deren Rücklauf zum Eingangsbereich des Rohres vermieden wird.
Der Nachteil eines Kessels, wie er etwa in der EP-A-0.432.460 beschrieben ist, liegt einerseits darin, daß es unmöglich ist, den genannten Kessel nach Belieben des Benutzers zur Bereitung von Heißwasser oder Dampf zu verwenden, und andererseits im Aufwand bei der Herstellung bzw. Durchführung, was zu erhöhten Kosten führt.
Eine Heizeinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der JP 04 073018 bekannt.

Beschreibung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kessel bereitzustellen, der nicht mit den Nachteilen aus dem Stand der Technik behaftet ist und mit dem die Leistung sowohl hinsichtlich der erreichten Temperatur des Heißwassers als auch in Hinsicht einer zügigen Zubereitung von Getränken bzw. Erzeugung von Dampf gesteigert werden kann. Eine derartige Heizeinheit zielt auch darauf ab, die Aufenthaltsdauer eines Großteils an Wasser in einem Kessel zu verlängern, so daß die Temperatur des gesamten Heißwassers, das ausgegeben wird, optimiert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Heizeinheit bereitzustellen, mit der Heißwasser bzw. Dampf nach Belieben des Benutzers ausgegeben werden kann.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Heizeinheit bereitzustellen, mit der entweder Heißwasser oder Dampf mit einer begrenzten Anzahl an Bauteilen ausgegeben werden kann, um somit die Kosten einer derartigen Vorrichtung zu senken.
Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden gelöst mit Hilfe einer Heizeinheit für Elektro-Haushaltsgeräte, die aus einem Wasserzirkulationsrohr, einem Heizelement und einem Ausgabeorgan besteht, wobei das Zirkulationsrohr mit dem Heizelement in Wärmeverbindung steht, wodurch das in einem Vorratsbehälter enthaltene Wasser durch eine unterhalb des Vorratsbehälters angeordnete Verbindungssäule bzw. durch das Zirkulationsrohr zum Ausgabeorgan übertragen werden kann, wobei die genannte Säule mit einem Rückschlagventil ausgestattet ist, wobei das Zirkulationsrohr eine Gestaltung in zwei Teilen aufweist, von denen jeder einem Bereich des Heizelements zugeordnet ist, wobei der zweite Teil ansteigt, um das Wasser zum Ausgabeorgan zu leiten, wobei der erste Teil sich zwischen der Verbindungssäule und dem genannten zweiten Teil erstreckt, wobei der erste Teil unter einem Winkel zum zweiten Teil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil sich geneigt und in Fließrichtung des Wassers abfallend erstreckt und daß das Ausgabeorgan eine erste Öffnung, durch die das heiße Wasser durch Schwerkraft ausströmen kann, und eine zweite Öffnung aufweist, die eine Verjüngung enthält, durch die aus dem im Zirkulationsrohr enthaltenen Wasser Dampf erzeugt werden kann, wobei das Ausgabeorgan (10) es ermöglicht, das Zirkulationsrohr (21) mit der einen oder der anderen der Öffnungen (11) (12) in Verbindung zu bringen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich näher beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft sind und sich nicht als Einschränkung verstehen, worin zeigen:
- Fig. 1 eine Gesamtansicht in Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Heizeinheit,
- Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Heizeinheit,
- Fig. 3 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Heizeinheit.

Ausgestaltung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht in Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Heizeinheit und ermöglicht dabei die Illustration der Funktionsweise der genannten Heizeinheit. Die Heizeinheit enthält einen Vorratsbehälter 1, ein Ausgabeorgan 10, einen Kessel 20 sowie Verbindungsmittel zwischen diesen verschiedenen Teilen. Der Behälter 1 zum Bevorraten von Wasser ist mit jeglichem Mittel im Inneren des Geräts beispielsweise zum Zubereiten von heißen Getränken angeordnet, befestigt oder aufgenommen.
Der Vorratsbehälter 1 enthält einen Boden 1a, in dem eine Öffnung 2 vorgesehen ist, um das im genannten Vorratsbehälter 1 bevorratete Wasser beim Betrieb der Heizeinheit abzuleiten. Die Öffnung 2 mündet in eine Verbindungssäule 3, in der ein Rückschlagventil 4 angeordnet ist. Die Verbindungssäule 3 ist rohrförmig ausgeführt und weist einen Innendurchmesser vorzugsweise von etwa 10 mm auf. Die Verbindungssäule 3 steht auch mit dem Kessel 20 in Verbindung.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel steht die Verbindungssäule 3 mittels eines Teils, das eine gebogene Form 3c aufweist, mit dem Kessel 20 in Verbindung. Die Verbindungssäule 3 besteht auch aus einem senkrechten Teil, der vorzugsweise das Rückschlagventil 4 enthält. Der im wesentlichen horizontale Teil mit der gebogenen Form 3c schließt sich so an ein Ende des Kessels 20 an, daß er den Übergang des im Vorratsbehälter 1 und in der Verbindungssäule 3 enthaltenen Wassers zum Kessel 20 ermöglicht. Die Verbindungssäule 3 weist eine Höhe h vorzugsweise zwischen 90 und 120 mm auf Mit einer solchen Höhe h kann in das in der Verbindungssäule 3 enthaltene Wasser ausreichend Kraft eingeleitet werden, um in den Kessel 20 zu dringen, wenn das Rückschlagventil 4 geöffnet ist. Somit werden Betriebsgeräusche sowie der erzeugte Dampf vermindert, wenn der Vorratsbehälter 1 fast leer ist. Die Höhe h wird vorteilhaft durch den senkrechten Abstand definiert, der eine am Boden 1a des Vorratsbehälters 1 angedeutete horizontale Linie und eine durch den Kessel 20 definierte Achse x-x' voneinander trennt. Der durch die Höhe h definierte Abstand ist am Eingang des Kessels 20 festgelegt. Die Verbindungssäule 3 besteht beispielsweise aus einem Silikonschlauch. Der Kessel 20 besteht aus einem Zirkulationsrohr 21, das mit einem Heizelement 22 in Wärmeverbindung steht, um den Übergang des im Vorratsbehälter 1 enthaltenen Wassers durch das genannte Zirkulationsrohr 21 zum Ausgabeorgan 10 zu ermöglichen. Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Kessel 20 weist eine Gestaltung auf, die sich mit einer Unterscheidung zwischen dem ersten Teil A und dem zweiten Teil B beschreiben läßt, welche dieser Gestaltung entspricht. Der erste Teil A und der zweite Teil B erstrecken sich in Richtungen, die einen Winkel zueinander bilden.
Der zweite Teil B steigt an, um das Wasser zum Ausgabeorgan 10 zu leiten, und der erste Teil A erstreckt sich zwischen dem zweiten ansteigenden Teil B und der Verbindungssäule 3. Der erste Teil A ist auch leicht geneigt und steigt in zur Fließrichtung des Wassers entgegengesetzter Richtung, d. h. zur Verbindungssäule 3 hin an. Der erste Teil A erstreckt sich entlang der Achse x-x', die bezogen auf ihre Orthogonalprojektion auf eine horizontale Ebene eine Neigung aufweist, die größer oder gleich 4º ist und vorzugsweise zwischen 5º und 10º beträgt. Eine Orthogonalprojektion auf eine horizontale Ebene ist als horizontale Strecke definiert. Ferner weist der zweite Teil B bezogen auf seine in Orthogonalprojektion auf eine horizontale Ebene eine Neigung mit einem Winkel β auf, der beispielsweise zwischen 45º und 135º und vorzugsweise zwischen 45º und 100º beträgt.
Fig. 2 zeigt vorteilhaft eine vertikale Erstreckungsebene, die durch den ersten Teil A und den zweiten Teil B definiert ist, wobei die genannte Erstreckungsebene jedoch räumlich zu betrachten ist. Die durch den ersten Teil A und den zweiten Teil B definierte Erstreckungsebene ist beispielsweise zu einer gedachten senkrechten Ebene, die den ersten Teil A enthält, unter einem Winkel von vorzugsweise 0º bis 45º geneigt.
Fig. 2 zeigt bevorzugte Neigungen des Zirkulationsrohrs 21 des Kessels 20. Somit erstreckt sich der zweite Teil B entlang einer vertikalen Achse y-y' und der erste Teil A entlang einer Achse x-x', die unter einem Winkel α zur Horizontalen geneigt ist. Der Winkel α ist größer oder gleich 4º und beträgt bevorzugt zwischen 5º und 10º.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizeinheit erstreckt sich der zweite Teil B entlang einer Achse y-y', die eine Neigung zur Horizontalen aufweist, die zwischen 45º und 135º und vorzugsweise zwischen 45º und 100º beträgt. Selbstverständlich weist das Heizelement 22 die gleiche Gestalt auf wie das Zirkulationsrohr 21, so daß es über seine gesamte Länge in enger Wärmeverbindung mit dem genannten Zirkulationsrohr 21 steht. Die Enden 22a und 22b des Heizelements 22 weisen vorteilhaft eine Neigung auf, die sich vom Zirkulationsrohr 21 entfernt, um das Einsetzen von in den Figuren nicht gezeigten elektrischen Anschlüssen zu erleichtern.
Bei einer anderen Ausführungsvariante der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Heizeinheit weist zumindest der eine Teil A bzw. B eine gebogene Form auf, die durch mindestens einen Krümmungsradius bestimmt ist. Die Heizeinheit kann auch gerade Segmente und gebogene Segmente in Kombination enthalten, um deren Platzbedarf auf das Gerät abzustimmen, auf welches die Heizeinheit montiert ist. Vorteilhaft können die möglichen geraden Bereiche so definiert sein, daß sie den bevorzugten erfindungsgemäßen Neigungen genügen. Somit ist ein Punkt 0 am Berührungspunkt des Zirkulationsrohrs 21 mit einer horizontalen Ebene definiert. Punkte I und J sind durch den Mittelpunkt eines Querschnitts des Zirkulationsrohrs 21 definiert, die in einer Höhe liegen, welche den Enden des Heizelements 22 entspricht, wobei die genannten Enden direkt mit dem Zirkulationsrohr 21 in Wärmekontakt stehen.
Die gedachten Segmente OJ bzw. OI sind somit dem ersten Teil A bzw. dem zweiten Teil B zugeordnet.
Der Kessel 20 besteht aus zwei Metallrohren, die in Wärmeverbindung stehen und von dem das eine das Zirkulationsrohr 21 bildet, das zur Zirkulation des Wassers dient, wobei das andere Metallrohr eine Aufnahme für das Heizelement 22 bildet.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Heizeinheit kann das Heizelement 22 mit jeglichem bekannten Mittel, insbesondere durch Anschweißen am Zirkulationsrohr befestigt oder fest mit diesem verbunden sein. Vorteilhaft ist das Zirkulationsrohr 21 entlang der Achse x-x' über das Ende des Heizelements 22 hinaus verlängert, um einen durch Wärmeleitung erhitzten Bereich des Zirkulationsrohrs 21 zu bilden. Das Zirkulationsrohr 21 enthält somit über den zweiten Teil B hinaus einen Teil der Länge C, der auschließlich durch Wärmeleitung durch den zweiten Bereich B erhitzt wird. Das Heizelement 22 ist vorzugsweise aus einem abgeschirmten Heizelement gebildet. Letzteres weist in Wärmeverbindung mit dem Zirkulationsrohr 21 einen in seiner gesamten Länge gleichmäßigen thermischen Wirkungsgrad auf. Das an sich bekannte Rückschlagventil 4 besteht beispielsweise aus einer Kugel 4c, die zwischen zwei Anschlägen 4a und 4b translatorisch bewegbar ist, an denen sie anstößt. Wenn die Kugel 4c sich in der oberen Stellung am Anschlag 4a befindet, wird die Wasserströmung in der Verbindungssäule 3 zum Kessel 20 unterbrochen und wenn die Kugel 4c sich in der unteren Stellung am Anschlag 4b befindet, ist der Wasserfluß durch eine spezielle Gestaltung des genannten Anschlags 4b möglich, die bekannt ist. Das Zirkulationsrohr 21 enthält auch an seinem Ende ein Verbindungsglied 24, durch welches das Wasser aus dem Kessel 20 zum Ausgabeorgan 10 geleitet werden kann. Das Verbindungsglied 24 weist vorteilhaft den gleichen Innendurchmesser auf wie das Zirkulationsrohr 21 und die Verbindungssäule 3.
Das Heizelement 22 steht mit dem Zirkulationsrohr 21 im ersten Teil A über einen Längenanteil des Heizelements 22 in Wärmeverbindung, der kleiner ist als der Längenanteil des Heizelements 22, der mit dem Zirkulationsrohr 21 im zweiten Teil B in Wärmeverbindung steht. Die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement 22 und dem Zirkulationsrohr 21 entspricht einem Wert zwischen 35% und 45% im ersten Teil A und einem Wert zwischen 55% und 65% im zweiten Teil B.
Vorteilhaft entspricht die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement 22 und dem Zirkulationsrohr 21 im ersten Teil A bzw. im zweiten Teil B 40% bzw. 60%. Mit einer derartigen Wärmeverteilung ist es insbesondere möglich, daß das aus dem Kessel 20 ausgestoßene Wasser eine Temperatur von 90ºC praktisch während der gesamten Phase der Heißwasserbereitung erreichen kann.
Bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Heizeinheit entspricht die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement 22 und dem Zirkulationsrohr 21 im ersten Teil A einem Wert zwischen 20% und 30% der gesamten Wärmeübertragung. Der erfindungsgemäße Kessel 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus vier Zonen zusammengesetzt, von denen die erste quasihorizontale dem ersten Teil A entspricht, und die zweite entspricht einem gebogenen Teil, der die Verbindung zwischen dem ersten Teil A und dem zweiten Teil B herstellt. Letzter ist ansteigend ausgeführt und entspricht somit der dritten Zone. Der Teil der Länge C, der nur durch Konduktion erhitzt wird, kann vorteilhaft einer vierten Zone des Kessels 20 zugeordnet werden. Die in der so definierten dritten und zweiten Zone vorhandene Wärmeübertragung entspricht im wesentlichen einem Bereich von 70% bis 80% der gesamten Wärmeübertragung. Die Aufteilung dieser Wärmeübertragung zwischen der zweiten Zone und der dritten Zone hat keinerlei Bedeutung.
Die erfindungsgemäße Heizeinheit weist auch ein Thermostat 30 zur Wärmeregelung auf, von dem eine Lasche zur Befestigung und Wärmeübertragung am Kessel 20 vorzugsweise in einem Schnittstellenbereich zwischen dem ersten Teil A und dem zweiten Teil B angeordnet ist. Ferner erstreckt die dem zweiten Teil B entsprechende Heizzone sich bis zu einer horizontalen Höhe, die der in etwa durch den Boden 1a des Vorratsbehälters 1 definierten Höhe entspricht. Somit wird das ganze im Kessel 20 enthaltene Wasser und der Teil der Länge C erhitzt, sobald das Heizelement 22 mit Strom versorgt wird. Nur eine kleine Wassermenge, die sich gegebenenfalls vor dem Einschalten der Heizeinheit im Verbindungsglied 24 befindet, weist eine geringere Erwärmung auf, wenn das Material, aus dem das Verbindungsglied 24 besteht, kein Wärmeleiter ist.
Das Ausgabeorgan 10, in dem das Verbindungsglied 24 mündet, weist zumindest zwei Austrittswege auf, von denen der eine für Heißwasser und der andere für Dampf bestimmt ist. Die Heizeinheit enthält somit Mittel, die es ihr ermöglichen, Heißwasser oder Dampf durch ein Steuerorgan 13 zu erzeugen und auszugeben, das vom Benutzer betätigt wird. Somit enthält das Ausgabeorgan 10 eine erste Öffnung 11, aus der das Heißwasser durch Schwerkraft austreten kann, und eine zweite Öffnung 12, die eine Verjüngung 12a enthält, durch die aus dem im Zirkulationsrohr 21 enthaltenen Wasser Dampf erzeugt werden kann. Das Ausgabeorgan 10 besteht auch aus dem Steuerorgan 13, mit dem das Verbindungsglied 24 mit der ersten Öffnung 11 oder mit der zweiten Öffnung 12 verbunden werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heizeinheit besteht das Steuerorgan 13 aus einer Stange 13a beispielsweise aus Metall, die sich translatorisch in einem Zylinderkörper 14 bewegt. Die starre Stange 13a weist auch zwei Scheiben 13b und 13c auf, die voneinander beabstandet sind und in zur genannten starren Stange 13a senkrechten Erstreckungsebenen verlaufen, so daß ein Kolben entsteht, der sich translatorisch im Zylinderkörper 14 verschiebt. Die Scheiben 13c und 13b weisen annähernd den gleichen Durchmesser auf wie der Innendurchmesser des Zylinderkörpers 14. Die Scheiben 13c und 13b weisen auch an ihrem gesamten Umfang eine Aufnahme für einen Dichtring 15 auf, mit dem die verschiedenen Abschnitte abgedichtet werden können, die somit im Zylinderkörper 14 ausgeführt sind. Fig. 1 zeigt beispielsweise das Steuerorgan 13 in einer Stellung, in der das heiße Wasser durch Schwerkraft durch die erste Öffnung 11 austreten kann. Die gepunkteten Linien stellen die Scheiben 13c und 13b dar, wenn das Steuerorgan 13 sich in einer Stellung befindet, in der das Verbindungsglied 24 mit der zweiten Öffnung 12 durch einen zwischen den Scheiben 13b und 13c definierten Abschnitt im Zylinderkörper 14 in Verbindung treten kann. Diese letztgenannte Stellung entspricht einer Einstellung des Steuerorgans 13, um aus dem im Kessel 20 enthaltenen Wasser Dampf zu erzeugen. Der Zylinderkörper 14 enthält auch ein Sicherheitsventil 16, wenn die erfindungsgemäße Heizeinheit zum Erzeugen von Dampf verwendet wird. Das Sicherheitsventil 16 ist vorteilhaft an dem Bereich des Zylinderkörpers 14 angeordnet, in dem ein Wasserdampfdruck entsteht.
Die erfindungsgemäße Heizeinheit weist auch Klemmschellen 3a, 3b, 5a, 21a und 24a in den Verbindungsbereichen der verschiedenen Rohrelemente auf, die eine Leitung bilden, um das Wasser aus dem Vorratsbehälter 1 und gegebenenfalls den Dampf aus dem Kessel 20 zum Ausgabeorgan 10 hin zu leiten. Somit sind Dichtheit und Druckbeständigkeit gewährleistet. Montage und Verklemmen der genannten Klemmschellen 3a, 3b, 5a, 21a und 24a an den Rohrelementen erfolgen mit jeglichem bekannten Mittel. Die Klemmschelle 3b wird verwendet, um zu verhindern, daß das Rückschlagventil 4 sich in der Verbindungssäule 3 verschiebt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfinungsgemäßen Heizeinheit besteht das Ausgabeorgan 10 aus einem Ventil, das zumindest drei Wege aufweist und das Zirkulationsrohr 21 entweder mit der ersten Öffnung 11 oder mit der zweiten Öffnung 12 verbinden kann. Ein derartiges Ventil besteht beispielsweise aus Keramikscheiben, die mit verschiedenen Öffnungen versehen sind, welche in eine einander gegenüberliegende Stellung gelangen können, um die verschiedenen Zirkulationswege des Heißwasssers oder Dampfs verbinden zu können. Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heizeinheit beträgt die Abmessung des ersten Teils A bzw. des zweiten Teils B 75 mm bzw. 100 mm. Die Leistung des Heizelements 22 beträgt zwischen 500 und 1.200 Watt. Zur Erzeugung von Heißwasser beträgt die Leistung vorzugsweise zwischen 1.000 und 1.200 Watt und zum Erzeugen von Dampf beträgt die Leistung vorzugsweise zwischen 500 und 600 Watt.
Mit der erfindungsgemäßen Heizeinheit ist es also möglich, eine bevorzugte Funktionsweise entweder bei der Bereitung von Heißwasser oder bei der Erzeugung von Dampf zu erhalten. Vor dem Einschalten der Heizeinheit, d. h. bevor das Heizelement 22 mit Strom versorgt wird, durchdringt ein Teil des im Vorratsbehälter 1 enthaltenen Wassers unter Schwerkraft das Rückschlagventil 4 und fließt in den Kessel 20. Der im zweiten Teil B oder im Teil der Länge C oder im Verbindungsglied 24 erreichte Wasserpegel wird nach dem Prinzip kommunizierender Röhren bestimmt. Durch Ausführung des Kessels 20 einerseits mit dem Heizelement 22, dessen Ende 22b sich bis zu einer Höhe in Nachbarschaft zum Boden 1a erstreckt, und andererseits mit einem Teil der Länge C, der durch Wärmeleitung erhitzt wird, ist es somit möglich, eine vorhandene Menge an kaltem Wasser, das zu Beginn des Betriebs der Heizeinheit vom Ausgabeorgan 10 ausgestoßen wird, zu reduzieren bzw. zu verhindern. Wird das Heizelement 22 mit elektrischem Strom versorgt, entsteht eine erste Erwärmung und somit eine geringe Verdampfung im ersten Teil A mit Wasserdampfblasen, die sich in Richtung zum Rückschlagventil 4 bewegen. Somit entsteht im Bereich unter dem Rückschlagventil 4 ein Druck, durch den die Kugel 4c aufsteigt und am Anschlag 4a so anstößt, daß sie den Durchgang für das Wasser versperrt und einen Zulauf einer zusätzlichen Wassermenge in den Kessel 20 vermeidet. Die Wärmeabstrahlung des Heizelements 22 trägt somit zu einer immer größer werdenden Erwärmung des im zweiten Teil B sowie im ersten Teil A enthaltenen Wassers bei, um eine ausreichende Stoßkraft zu erzeugen, durch die das Wasser zum Verbindungsglied 24 hin ansteigen und durch die erste Öffnung 11 des Ausgabeorgans 10 austreten kann. Die erste Öffnung 11 weist dazu eine Abmessung bzw. einen Durchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser des Zirkulationsrohrs 21. Vom zweiten Teil B, d. h. den ansteigenden Bereich des Kessels 20, ist es möglich, eine ausreichende Stoßkraft zu erzeugen, indem das Auftreten von volumen- und temperaturmäßig bedeutenderen Dampfblasen unterstützt wird. Wenn ein Teil des in einem Bereich des Teils B des Kessels 20 enthaltenen Wassers durch die erste Öffnung 11 abgeleitet wird, entsteht im Kessel 20 und vor allem am Rückschlagventil 4 ein leichter Unterdruck. Die Kugel 4c wird nach unten zum Anschlag 4b gezogen, so daß eine geringe Wassermenge aus dem Vorratsbehälter 1 in den Kessel 20 gelangen kann.
Dieser Vorgang wiederholt sich in kurzen Zyklen und mit geringen Wassermengen solange, bis der Vorratsbehälter 1 geleert ist. Das Ansaugen einer geringen Wassermenge bei jedem Zyklus, das dem Austritt einer weiteren Wassermenge aus dem Kessel 20 entspricht, ermöglicht es, einen Austritt von kaltem oder lauwarmen Wasser aus dem Kessel 20 nach dem ersten Betriebszyklus zu vermeiden. Das so nach dem ersten Betriebszyklus in den Kessel 20 angesaugte bzw. eingelassene Wasser wird mit dem bereits in dem genannten Kessel 20 enthaltenen heißen Wasser vermischt. Somit wird kein Wasser mit unzureichender Temperatur von der Heizeinheit während des Betriebs ausgegeben. Die Neigung des Metallrohrs 21 im ersten Bereich A ermöglicht eine Bewegung der in diesem ersten Teil A erzeugten Dampfblasen in Richtung zum Rückschlagventil 4, um den Wasserzulauf zu sperren und den Ausstoß von Wasser aus dem Kessel 20 zu unterstützen.
Wenn der Benutzer Dampf erzeugen möchte, wählt er mit Hilfe des Steuerorgans 13 die Stellung Dampf aus, die dem Verschließen der ersten Öffnung 11 und der Verbindung des Verbindungsglieds 24 mit der zweiten Öffnung 12 des Ausgabeorgans 10 entspricht. Die zweite Öffnung 12 ist mit einer Verjüngung 12a verbunden, die beispielsweise einen Austrittsdurchmesser von 1,4 mm aufweist. Der Durchmesser der Verjüngung 12a hängt selbstverständlich von der Leistung ab, mit welcher der Wasserdampf erzeugt wird. Die Verjüngung 12a stellt eine Beeinträchtigung für den Austritt von im Kessel 20 enthaltenen Heißwasser dar. Diese Beeinträchtigung beim Abfließen führt zu einer verlängerten Aufenthaltsdauer des Wassers in dem Kessel 20 und bewirkt somit eine längere Erwärmung dieses Wassers. Dadurch entsteht eine größere Verdampfung und folglich eine Erzeugung von Wasserdampf. Diese Wasserdampferzeugung führt zu einer Druckerhöhung im Inneren des Kessels 20, so daß durch das Rückschlagventil 4 der Zulauf von neuen Mengen an Kaltwasser vom Vorratsbehälter 1 gesperrt ist. Das Verschließen der Verbindungssäule 3 erfolgt weiterhin solange, bis das im Kessel 20 enthaltene Wasser praktisch vollständig verdampft ist. Der im Inneren des Kessels 20 herrschende Druck ermöglicht es, das Wasser in Dampfphase komplett abzuleiten und bewirkt folglich eine Verlagerung der Kugel 4c, um durch Unterdruck eine Wassermenge anzusaugen, die erneut den ersten Teil A und zumindest teilweise den zweiten Teil B des Zirkulationsrohrs 21 des Kessels 20 füllt. Das ganz aus dem Zirkulationsrohr 21 abgeleitete Wasser bewirkt auch einen Unterdruck, durch den eine neue Wassermenge angesaugt wird. Ein derartiger Zyklus kann solange wiederholt werden, wie Wasser im Vorratsbehälter 1 verfügbar ist:
Die Verbindungssäule 3 weist dazu eine gebogene Farm 3c auf, die im wesentlichen entlang der Achse x-x' geneigt ist und eine Länge aufweist, die auf die Dampfzyklen abgestimmt ist. Je größer nämlich die gebogene Form 3c ist, die am Zirkulationsrohr 21 angeschlossen ist, desto größer ist auch die in das Zirkulationsrohr 21 eingelassene Wassermenge. Die erzeugte Dampfmenge wird entsprechend erhöht. Die Dauer eines jeden Verdampfungszyklus hängt auch von der Leistung des Heizelements 22 ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Heizeinheit eine Pumpe zugeordnet, mit welcher der Druck des Mediums erhöht werden kann. Die Pumpe ist vorteilhaft dem Kessel 20 nachgeschaltet, um den Druck des ausgegebenen Wassers zu erhöhen. Die in den Figuren nicht gezeigte Pumpe oder eine zusätzliche Pumpvorrichtung ist bei der Zubereitung von Expresso-Kaffee besonders vorteilhaft. Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist die Heizeinheit in einer Dampfstrahl-Reinigungsvorrichtung oder in der Dampferzeugsvorrichtung für Bügeleisen angeordnet.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Heizeinheit liegt darin, daß sie äußerst einfach ist und angewendet werden kann, um entweder Heißwasser oder Dampf zu erzeugen. Somit ist es nicht mehr unbedingt erforderlich, einen spezifischen Kessel 20 oder eine andere Vorrichtung zu verwenden, um Wasserdampf zu erzeugen. Der Dampf kann solange erzeugt werden, wie Wasser im Vorratsbehälter 1 vorhanden ist, gegebenenfalls im Wechsel mit der Bereitung und Ausgabe von Heißwasser.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Heizeinheit liegt in der besonderen Gestaltung des Kessels 20, wodurch eine erste Verdampfungsphase im ersten Teil A möglich ist, die nicht zu einem ersten Ausstoß von Heißwasser führt, das keine ausreichende Temperatur erreicht hat. Die ersten Dampfblasen bewegen sich dabei zum Rückschlagventil 4 hin, wodurch das gesamte Wasser, das im Kessel 20 enthalten ist, in Wärmeaustausch mit dem Heizelement 22 gehalten werden kann, so daß dieses Wasser nur dann ausgestoßen wird, wenn es eine Temperatur von über 90º erreicht hat. Eine eventuelle Ausgabe von Wasser, das nicht eine erforderliche Temperatur erreicht hat, kann einerseits nur ein geringes Volumen an Wasser und andererseits nur den ersten Wasseraustrittszyklus betreffen. Der Bereich des Zirkulationsrohrs 21, der sich über das Ende des Heizelements 22 des zweiten Teils B hinaus erstreckt, vermeidet auch eine vorzeitige Abkühlung des aus denn genannten Kessel ausgestoßenen Wassers.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Heizeinheit liegt in der Bereitung von Heißwasser mit einer Temperatur von über 90º, wodurch es bei Anwendung bei einer Kaffeemaschine möglich ist, ein fertiges Getränk zu erhalten, das im vorliegenden Fall Kaffee mit höherer Temperatur ist. Mit einer derartigen Temperaturerhöhung ist es für den Benutzer bequem möglich, sein Getränk mit Milch oder mit einer anderen Flüssigkeit zu vermengen, die Umgebungstemperatur aufweist. Bei einer Temperatur von über 90º wird auch der Austritt mit sehr geringen Betriebsgeräuschen und Dampfphasen optimiert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Heizeinheit liegt in der Verwendung nur eines Thermostaten 30 für die Heißwasserphase und für die Dampfphase. Durch Verwendung des Thermostaten 30 kann die Stromversorgung des Heizelements 22 unterbrochen werden, wenn die Temperatur im Kessel über einen bestimmten Schwellwert ansteigt. Dieser wird in der Regel dann erreicht, wenn das ganze im Zirkulationsrohr 21 und im Vorratsbehälter 1 enthaltene Wasser verdampft ist. Somit werden Beschädigungen in. Verbindung mit Überhitzungen insbesondere im Bereich der Anschlüsse an Kunststoff oder Silikonteile, wie beispielsweise Schläuche, vermieden.
Der Teil der Länge C, der nicht direkt mit dem Heizelement 22 in Kontakt steht, bildet ferner einen Wärmestopp oder Wärmepuffer für das Verbindungsglied 24, das beispielsweise aus Silikon hergestellt ist.
Ferner ist es durch Abwechslung von Dampferzeugung und Kaltwassereinlaß möglich, im Kessel 20 Temperaturschocks zu erhalten. Diese Erscheinungen erweisen sich als besonders vorteilhaft, um im Inneren des Zirkulationsrohrs 21 abgelagerte Kalkschichten zu lösen und zu entfernen.

Industrielle Anwendungsmöglichkeiten

Die vorliegende Erfindung findet insbesondere bei Geräten zum Zubereiten von heißen Getränken, wie etwa bei Kaffeemaschinen, Anwendung.

Claims

1. Heizeinheit für Elektro-Haushaltsgeräte, mit einem Wasserzirkulationsrohr (21), einem Heizelement (22) und einem Ausgabeorgan (10), wobei das Zirkulationsrohr mit dem Heizelement (22) in Wärmeverbindung steht, wodurch das in einem Vorratsbehälter (1) enthaltene Wasser durch eine unterhalb des Vorratsbehälters (1) angeordnete Verbindungssäule (3) und durch das Zirkulationsrohr (21) zum Ausgabeorgan (10) übertragen werden kann, wobei die genannte Säule (3) mit einem Rückschlagventil (4) ausgestattet ist, wobei das Zirkulationsrohr (21) eine Gestaltung in zwei Teilen (A, B) aufweist, von denen jeder einem Bereich des Heizelements (22) zugeordnet ist, wobei der zweite Teil (B) ansteigt, um das Wasser zum Ausgabeorgan (10) zu leiten, wobei der erste Teil (A) sich zwischen der Verbindungssäule (3) und dem genannten zweiten Teil (B) erstreckt, wobei der erste Teil (A) unter einem Winkel zum zweiten Teil (B) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (A) sich geneigt und in Fließrichtung des Wassers abfallend erstreckt und daß das Ausgabeorgan (10) eine erste Öffnung (11), durch die das heiße Wasser durch Schwerkraft ausströmen kann, und eine zweite Öffnung (12) aufweist, die eine Verjüngung (12a) enthält, durch die aus dem im Zirkulationsrohr (21) enthaltenen Wasser Dampf erzeugt werden kann, wobei das Ausgabeorgan (10) es ermöglicht, das Zirkulationsrohr (21) mit der einen oder der anderen der Öffnungen (11) (12) in Verbindung zu bringen.

2. Heizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (A) sich entlang einer Achse (x-x') erstreckt, die bezogen auf ihre Orthogonalprojektion auf eine horizontale Ebene eine Neigung aufweist, die größer oder gleich 4º ist und vorzugsweise zwischen 5º und 10º beträgt.

3. Heizeinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (B) sich entlang einer Achse (y-y') erstreckt, die bezogen auf ihre Orthogonalprojektion auf eine horizontale Ebene eine Neigung aufweist, wobei die genannte Neigung zwischen 45º und 135º und vorzugsweise zwischen 45º und 100º beträgt.

4. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der beiden Teile (A, B) eine gebogene Form aufweist, die durch mindestens einen Krümmungsradius bestimmt ist.

5. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (22) einen in seiner gesamten Länge gleichmäßigen thermischen Wirkungsgrad aufweist.

6. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (22) mit dem Zirkulationsrohr (21) im ersten Teil (A) in einem Teil der Länge des Heizelements (22) in Wärmeverbindung steht, der kleiner ist als der Teil der Länge des Heizelements (22), der mit dem Zirkulationsrohr (21) im zweiten Teil (B) in Wärmeverbindung steht.

7. Heizeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement (22) und dem Zirkulationsrohr (21) im ersten Teil (A) einem Wert zwischen 35% und 45% und im zweiten Teil (B) einem Wert zwischen 55% und 65% entspricht.

8. Heizeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement (22) und dem Zirkulationsrohr (21) im ersten Teil (A) einem Wert zwischen 20% und 30% der gesamten Wärmeübertragung entspricht.

9. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei in Wärmeverbindung stehenden Metallrohren besteht, von denen das eine das Wasserzirkulationsrohr (21) bildet, wobei das andere Metallrohr eine Aufnahme für das Heizelement (22) darstellt.

10. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgabeorgan (10) aus einem Ventil besteht, das zumindest drei Wege enthält und das Zirkulationsrohr (21) entweder mit der ersten Öffnung (11) oder mit der zweiten Öffnung (12) in Verbindung bringen kann.

11. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulationsrohr (21) über den zweiten Teil (B) hinaus einen Längenbereich (C) aufweist, der nur durch Wärmeübertragung vom zweiten Teil (B) erhitzt wird.

12. Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einem Elektro-Haushaltsgerät angebracht ist.

13. Kaffeemaschine mit einer Heizeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12.