EP4258959A1 - Heizvorrichtung zum erhitzen von wasser sowie wasserführendes gerät mit einer heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung zum erhitzen von wasser sowie wasserführendes gerät mit einer heizvorrichtung

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EP4258959A1
EP4258959A1 EP21823831.9A EP21823831A EP4258959A1 EP 4258959 A1 EP4258959 A1 EP 4258959A1 EP 21823831 A EP21823831 A EP 21823831A EP 4258959 A1 EP4258959 A1 EP 4258959A1
Authority
EP
European Patent Office
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water
heating device
plates
control device
container
Prior art date
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Pending
Application number
EP21823831.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Ebke
Werner Strothoff
Rainer Bicker
Volker Ennen
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Miele und Cie KG
Original Assignee
Miele und Cie KG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F24H2250/00—Electrical heat generating means
    • F24H2250/10—Electrodes

Definitions

  • Heating device for heating water and water-bearing device with a heating device
  • the invention relates to a heating device for heating water, comprising a container with an inlet means and an outlet means.
  • heated water is required during operation, which is provided by means of a radiator or a continuous-flow heater installed in the treatment tank.
  • Electrical resistance heating elements are used here, which heat up when the electrical current flow is switched on and, due to the contact with the water, transfer the heat into the water. This means that there is always a heat transfer from the heated body to the water, which is lossy or delays the heating of the water.
  • the object of the invention is to provide an improved heating device for an effective and versatile operation for heating water.
  • this object is achieved, inter alia, by a heating device having the features of independent claim 1 and by a water-conducting device according to claim 13 .
  • Advantageous refinements and developments of the invention result from the respective dependent claims.
  • An advantage that can be achieved with the invention is that the heating takes place very precisely and the temperature specified by the user or the process control is maintained very precisely with extremely small deviations. Furthermore, the water is heated faster than with conventional instantaneous water heaters, heating plates or immersion heaters.
  • the heating device comprises two spaced plates within the container, which act as electrodes and each comprise an electrical connection for connection to an electrical voltage source in order to generate a current flow through the water located between the plates.
  • the electrodes direct the voltage across the plates directly into the liquid, causing an electric current to flow through the water in the space spanned between the two plates. Due to the electrical conductance or resistance of the water, it heats up without that heat transfer takes place from a heated body to the water. Thus, the water is heated directly.
  • An AC voltage in the frequency range of the usual mains frequency is preferably used at the electrodes in order to prevent the electrolysis, ie to reduce it or prevent it from occurring.
  • the plates are preferably spaced parallel to each other.
  • the heating device also includes a control device for activating and deactivating the inlet means and for activating and deactivating the voltage source in order to carry out the desired heating task depending on the overall process in the device used.
  • the heating device is designed for use in a water-carrying device, preferably for use in a washing machine, a dishwasher or a hot beverage maker.
  • the heating device comprises a detection means for detecting the conductance of the water located between the plates.
  • the control device is preferably set up to set the inlet means and/or the voltage source as a function of the detected conductance.
  • the conductance is also strongly dependent on the properties or composition of the water, in particular on mineral additives and the temperature, so that the water supply and/or the voltage applied to the plates and thus the current flowing through the water depends on the properties and can be automatically adapted to the process requirements.
  • the inlet means comprises a controllable valve, with the control device being set up to open and close the controllable valve.
  • a simply constructed and precisely controllable heating device is thus provided.
  • the water is thus supplied with a feed pressure or a storage tank arranged at a higher level, from which the water presses on the inlet valve due to gravity.
  • the outlet means also comprises a valve, the valve preferably being designed to be controllable and the control device being set up to open and close the controllable outlet valve.
  • control device is set up to control the inlet means and the voltage source and preferably the outlet means for different operating modes.
  • the operating modes can depend on the overall process in the use of the device, which includes water heating as a sub-process.
  • the heating device in particular the control device, is set up to use one or more of the operating modes as the operating mode
  • control device In the pump operating mode, the control device is set up to control the inlet valve in such a way that the water is pumped in a pulsating manner.
  • a predetermined inflow of fresh water can also be set, which is so low that due to the heat-related expansion of the water in the container, continuous delivery to the outlet stops.
  • control device In the steam generation operating mode, the control device is set up to control the inlet valve in such a way that a level with a free volume is set above the plates in the container. This causes evaporation above the plates, with the vapor being forced out of the outlet due to the vapor pressure. Overheating of the exposed plates cannot occur because the conductance in air or steam is significantly lower than in water. The plates subjected to electrical voltage do not heat up.
  • the control device is set up to control the inlet valve in such a way that a level is set in the container at which the plates are completely flooded and a convection flow of the water can be set inside the container.
  • the convection current causes an ascending flow between the two plates and a descending flow at the spaces between the plates to the adjacent container wall. This circulates the water within the container so that added substances, such as detergent, are mixed and/or dissolved in the water.
  • the heating device comprises a detection means for detecting the level of the water in the container or between the plates.
  • the container volume is in the range of 50 ml to 2000 ml. This is sufficient for a heating device of the type mentioned above for most applications in water-bearing household appliances and can be accommodated in the corresponding appliances without any significant design effort.
  • the plate size has a value in the range from 10 cm2 (square centimeters) to 500 cm2 (square centimeters).
  • the invention also relates to a water-conducting device, such as a washing machine, dishwasher or hot beverage maker, with a flow line system and a heating device arranged therein according to one of the above-mentioned embodiments.
  • 1, 2, 3 a heating device in a sketched view in a preferred embodiment and in different operating modes
  • Fig. 5 a hot beverage maker in a sketched, perspective, opened
  • Fig. 1 shows schematically the heating device 9 in a preferred embodiment in the situation of a water heater.
  • This 9 comprises a container 90 with an inlet channel 91 and an outlet channel 92 and in the container 90 two spaced plates 93, 94, which act as electrodes and each have an electrical connection for connection to an electrical voltage source 102 for generating a current flow I through the water W located between the plates.
  • the control device 100 is designed to control the voltage source 102 and thereby to switch a corresponding alternating voltage to the plates 93,94.
  • the conductance of the liquid W located in the container can be detected with the detection means 98 and fed to the control device 100 .
  • the control device 100 can activate the voltage source 102 in order to bring about the desired heating of the water W.
  • the heating device 9 is designed as a continuous-flow heater, it can also be designed as a boiler. Furthermore, the heating device 9 comprises a sensor 99 for detecting the water level inside the container 90. This can be a conductive or capacitive sensor which is attached to the wall of the container 90 and is in contact with the water W.
  • the water source 14 is designed as a container; it can also be provided by means of an inlet line from a water supply network and an inlet valve. The water W is thereby conveyed from the source 14 to the inlet 91 , through the tank 90 and out of the outlet 92 .
  • FIG. 2 shows the heating device 9 used as a steam generator.
  • the container 90 is not completely filled with water W, which means that there is a space above the level L.
  • the water W is heated in the manner described above.
  • steam S is produced, which first collects in the space above the water level L and is discharged through the outlet 92 .
  • the control device 100 controls the voltage source 102 in such a way that the water W is heated to such an extent that steam S is formed.
  • the inlet means 91 can be designed as a controllable valve, which is also controlled by the control device 100 in order to admit a predefined level of water W into the container 90 .
  • the level L can be detected using the level sensor 99 and based on the detected level value the control device 100 can let in the required amount of water for generating steam from the water source 14 into the container 90 .
  • the container 90 is not completely filled with water W, which means that there is a space above the level L. In this case, however, the level L is dimensioned such that the two plates 93, 94 are completely flooded.
  • the water W is heated in the manner described above. When heating the water W, the water W is only heated to such an extent that little or no steam is produced. No water W is discharged through the outlet 92 during the circulation.
  • the control device 100 controls the voltage source 102 in such a way that the water W is only heated to such an extent that circulation occurs within the container 90 .
  • the water W heated between the plates 93, 94 rises due to convection.
  • the water flows past the upper edge of the plates 93, 94 and down the edge of the container 90 again. Due to the circulation, a mixture of substances that are let into the water can take place. After mixing, the liquid can be drained or pumped out of the outlet means 92 .
  • the inlet means 91 can be designed as a controllable valve, which is also controlled by the control device 100 in order to admit the predetermined level of water W into the container 90 for the respectively desired application.
  • the level L can be detected using the level sensor 99 and based on the detected level value the control device 100 can admit the required amount of water for circulation from the water source 14 into the tank 90 .
  • FIG. 4 shows the heating device 9 as a schematic view in use as a pump with a heater.
  • the container 90 is completely filled with water W, the inlet means 191 being closed after filling.
  • the inlet means 191 is in the form of a controllable valve 191 .
  • the level is dimensioned in such a way that the Space between the inlet valve 191 and the outlet means 192, the two plates 93, 94 is completely flooded.
  • the water W is heated in the manner described above. When the water W is heated, the water is heated, causing it to expand within the container 90 .
  • the water W is discharged from the outlet 192 out of the container 90 as a result of the resulting fluid pressure.
  • the control device 100 controls the voltage source 102 and the inlet valve 191 in such a way that the water W from the source 14 is metered into the container 90, heated and, due to the resulting expansion, is automatically discharged from the container 90 in liquid form.
  • the voltage source 102 provides an AC voltage for all operating modes and functions, preferably with a frequency in the range of the mains frequency, i.e. in the range of 16.7 to 60 Hz.
  • the heating element consisting of the two plates 93, 94 is deactivated.
  • the inlet valve 191 is open, water flows into the pump chamber 90
  • Outlet valve 192 may be open so that water W flows into the continuing pipe (optional / useful if no higher pressure is to be expected in the system)
  • Inlet valve 191 closed (activation by means of a motor, electromagnet or self-closing via a float or spring and only because of the pressure conditions in the fluid system);
  • - Outlet valve 192 opened (electrically controlled or as a self-closing non-return valve, e.g. via a spring or float, which is pressed open by the excess pressure in pump chamber 90);
  • the expansion phase ends when the heating element 93, 94 is not covered or is only partially covered. Repeat the above steps from "Start”.
  • This provides a pulsating pump.
  • the beverage maker 1 includes, among other things, a housing 11 in which the storage container 71 for coffee beans B with the grinder 70 with motor attached underneath, the water container 14 and the possibility of accommodating the flow line system 2.
  • the housing 11 also serves as a support frame for the brewing unit 40 , wherein the brewing chamber 41 is inclined in the inserted position.
  • the latter has a height-adjustable outlet 20, in which several removal devices, here outlet nozzles 21, 22, are accommodated.
  • the extraction device 22 is a steam nozzle for dispensing hot steam or hot water, for example for diluting a finished coffee or for preparing a tea beverage.
  • the extraction device 21 represents a dispensing line or dispensing nozzle 21 for dispensing coffee beverages.
  • a brewing unit 40 with a brewing chamber 41 inside the device 1 is used to prepare the beverage, with the coffee powder being introduced into the brewing chamber 41 and then being flooded with hot water so that the finished coffee drink is dispensed to the dispensing line and through the dispensing nozzle 21 .
  • the upper end of the shelf 33 is formed by a drip tray 32 which is provided with openings and slots in order to discharge liquid residues into a drip tray 34 present below the drip tray 32 .
  • the hot beverage maker 1 includes a pomace container 35 into which the used substance, for example coffee cake, is thrown after the beverage preparation has been completed.
  • the device 1 also includes a control device 18, which is set up to control the individual functional assemblies, such as pumps 8, valve arrangement V and heating device 9 (designed as a continuous-flow heater) and grinder 70, if present, as required for the preparation of the selected beverage is necessary.
  • the control device 18, which is designed as a microcontroller uC with an associated memory MEM, is also set up in this embodiment to control the valves V of the flow line system 2 in such a way that the hot water is pumped through the brewing chamber 41.
  • An operating and display device 15 arranged on the front panel 10 provides the operating handle for user inputs and a display for status displays or input options for the preparation of drinks.
  • the operating and display device 15 is preferably designed as a touch screen.
  • the control tasks for the heating device 8 can be implemented or integrated in the control device 18 of the beverage maker 1 .
  • a washing machine 80 is shown schematically in FIG. 6 as an example of a water-conducting device.
  • the washing machine 80 contains a housing 81 in which all essential components are necessary for carrying out an automated washing process. These are the tub 82, the drum 84 rotatably driven therein and the control device 18. There is also a water connection 83 for connection to the mains supply and a controllable inlet valve 85 to let water W into the tub 82 and the drum 84.
  • the drain device 86 below the tub 82 is used to connect a circulation pump 87 in order to convey the water W or the washing suds mixed with detergent out of the tub 82 through the circulation line 88 into the upper region of the drum 84 and inject it there.
  • the heating device 9 is arranged on the pressure side of the pump 87 and is designed as a continuous-flow heater, with the bypass line 88 being connected to the outlet 92 (FIGS. 1-4) of the heating device 9 .
  • the drain hose 89 is also closed off at the drain device 86 in order to convey the used up washing suds or water W out of the tub 82 by means of the drain pump 87a.
  • the control device 18 serves to activate and deactivate the pump 87, drive for the drum 94, the heating device 9 and the valves 85 in order to carry out the desired washing process for the laundry 800.
  • the control tasks for the heating device 9 can be implemented or integrated in the control device 18 of the washing machine 80 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung (9) zum Erhitzen von Wasser (W), umfassend: - einen Behälter (90) mit einem Einlassmittel (91) und einem Auslassmittel (92); - zwei beabstandete Platten (93, 94), welche als Elektroden fungieren und jeweils an eine elektrische Spannungsquelle (102) angeschlossen sind zum Erzeugen eines Stromflusses (I) durch das zwischen den Platten (93, 94) befindliche Wasser (W); - eine Steuervorrichtung (100) zum Aktivieren und Deaktivieren des Einlassmittels (91) und zum Aktivieren und Deaktivieren der Spannungsquelle (102). Die Erfindung betrifft ferner ein wasserführendes Gerät, wie Waschmaschine (80), Geschirrspüler oder Heißgetränkebereiter (1), mit einem Strömungsleitungssystem und einer darin angeordneten Heizvorrichtung (9), wie vorstehend beschrieben.

Description

Beschreibung
Heizvorrichtung zum Erhitzen von Wasser sowie wasserführendes Gerät mit einer Heizvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erhitzen von Wasser, umfassend einen Behälter mit einem Einlassmittel und einem Auslassmittel.
In wasserführenden Geräten, wie Waschmaschine, Geschirrspüler oder Getränkebereiter wird im Betrieb erhitztes Wasser benötigt, das mittels eines im Behandlungsbehälter angebrachten Heizkörpers oder einem Durchlauferhitzer bereitgestellt wird. Hierbei werden elektrische Widerstands-Heizelemente verwendet, die bei zugeschaltetem elektrischen Stromfluss sich erhitzen und aufgrund des Kontaktes mit dem Wasser die Wärme in das Wasser übertragen. Das bedeutet, dass stets ein Wärmeübergang vom erhitzen Körper zum Wasser stattfindet, der verlustbehaftet ist bzw. das Erhitzen des Wassers verzögert.
Aus der DE 10 2014 217 842 A1 ist eine Heizvorrichtung für einen Getränkebereiter als Durchlauferhitzer bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Heizvorrichtung bereitzustellen für einen effektiven und vielseitigen Betrieb zum Erhitzen von Wasser.
Erfindungsgemäß wird unter anderem diese Aufgabe durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein wasserführendes Gerät gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
Ein mit der Erfindung erreichbarer Vorteil besteht darin, dass die Erwärmung sehr präzise erfolgt und die vom Benutzer oder der Prozesssteuerung vorgegebene Temperatur sehr genau mit extrem geringen Abweichungen eingehalten wird. Ferner erfolgt die Erwärmung des Wassers schneller, als mit den herkömmlichen Durchlauferhitzern, Heizplatten oder Tauchsiedern.
Hierzu umfasst die Heizvorrichtung innerhalb des Behälters zwei beabstandete Platten, welche als Elektroden fungieren und jeweils einen elektrischen Anschluss umfassen zum Anschluss an eine elektrische Spannungsquelle, um einen Stromfluss durch das zwischen den Platten befindliche Wasser zu erzeugen. Die Elektroden leiten die an den Platten anliegende Spannung direkt in die Flüssigkeit, sodass ein elektrischer Strom durch das Wasser fließt, das sich im aufgespannten Raum zwischen den beiden Platten befindet. Aufgrund des elektrischen Leitwertes bzw. Widerstandes des Wassers erhitzt es sich, ohne dass eine Wärmeübertragung von einem erhitzten Körper zum Wasser stattfindet. Somit wird das Wasser direkt erhitzt. Bevorzugt wird an den Elektroden eine Wechselspannung im Frequenzbereich der gebräuchlichen Netzfrequenz verwendet, um die Elektrolyse zu unterbinden, also vermindern oder nicht entstehen zu lassen. Die Platten sind bevorzugt parallel beabstandet zueinander. Da die Platten als Elektroden fungieren, müssen sie nur einen geringen Übergangswiderstand zum Wasser aufweisen, sodass sie bevorzugt aus Graphit bestehen oder eine Graphitoberfläche aufweisen. Die Heizvorrichtung umfasst ferner eine Steuervorrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren des Einlassmittels und zum Aktivieren und Deaktivieren der Spannungsquelle, um in Abhängigkeit des Gesamtprozesses im eingesetzten Gerät die gewünschte Heizaufgabe zu erledigen.
Insgesamt ist die Heizvorrichtung zum Einsatz in einem wasserführenden Gerät konzipiert, bevorzugt zum Einsatz in einer Waschmaschine, einem Geschirrspüler oder einem Heißgetränkebereiter.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Heizvorrichtung ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Leitwertes des zwischen den Platten befindlichen Wassers. Die Steuervorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, das Einlassmittel und/oder die Spannungsquelle in Abhängigkeit des erfassten Leitwertes einzustellen. Der Leitwert ist ferner stark von den Eigenschaften bzw. Zusammensetzung des Wassers abhängig, insbesondere von mineralischen Zusätzen und der Temperatur, sodass die Wasserzufuhr und/oder die an den Platten angelegte Spannung und damit der durch das Wasser fließende Strom entsprechend in Abhängigkeit von den Eigenschaften und den Prozessanforderungen automatisch angepasst werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst das Einlassmittel ein steuerbares Ventil, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das steuerbare Ventil zu öffnen und zu schließen. Damit wird eine einfach aufgebaute und präzise steuerbare Heizvorrichtung bereitgestellt. Die Wasserzufuhr erfolgt damit mit einem Förderdruck oder einem höher angeordneten Vorratsbehälter, aus dem aufgrund der Schwerkraft das Wasser auf das Einlassventil drückt.
In einer zweckmäßigen Ausführung umfasst ferner das Auslassmittel ein Ventil, wobei das Ventil bevorzugt steuerbar ausgebildet ist und die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das steuerbare Auslassventil zu öffnen und zu schließen.
In einer insgesamt vorteilhaften Ausführung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, das Einlassmittel und die Spannungsquelle und bevorzugt das Auslassmittel für verschiedene Betriebsarten zu steuern. Die Betriebsarten können vom Gesamtprozess im Geräteeinsatz, der als Teilprozess die Wassererhitzung beinhaltet, abhängig sein. Hierzu ist die Heizvorrichtung, insbesondere die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, als Betriebsart eine oder mehrere der Betriebsarten
- Pumpen;
- Mischen und
- Dampferzeugung auszuwählen und durchzuführen.
In der Betriebsart Pumpen ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, das Einlassventil derart zu steuern, dass sich eine pulsierende Förderung des Wassers einstellt. Alternativ kann auch ein vorgegebener Zufluss an Frischwasser eingestellt werden, der so gering ist, dass aufgrund der hitzebedingten Ausdehnung des Wassers im Behälter eine kontinuierliche Förderung zum Auslass einstellt.
In der Betriebsart Dampferzeugung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das Einlassventil derart zu steuern, dass sich ein Pegel mit einem freien Volumen oberhalb der Platten in dem Behälter einstellt. Dadurch kommt es zur Verdampfung oberhalb der Platten, wobei der Dampf aufgrund des Dampfdruckes aus dem Auslass herausgefördert wird. Ein Überhitzen der freiliegenden Platten kann nicht vorkommen, weil der Leitwert in der Luft oder im Dampf erheblich kleiner ist, als im Wasser. Die mit elektrischer Spannung beaufschlagten Platten erwärmen sich dabei nicht.
In der Betriebsart Mischen ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, das Einlassventil derart zu steuern, dass sich ein Pegel in dem Behälter einstellt, bei dem die Platten vollständig geflutet sind und sich ein Konvektionsstrom des Wassers innerhalb des Behälters einstellen kann. Der Konvektionsstrom bewirkt eine aufsteigende Strömung zwischen den beiden Platten und eine abfallende Strömung an den Zwischenräumen der Platten zur jeweils benachbarten Behälterwand. Dadurch zirkuliert das Wasser innerhalb des Behälters, sodass hinzugefügte Substanzen, wie Waschmittel, im Wasser durchmischt und/oder aufgelöst werden.
In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung umfasst die Heizvorrichtung ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Pegels des im Behälter bzw. zwischen den Platten befindlichen Wassers. Dadurch kann sehr präzise die jeweils die Wassermenge im Behälter eingelassen werden, die für die gewünschte Betriebsart notwendig ist.
In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung beträgt das Behältervolumen einen Wert im Bereich 50 ml bis 2000 ml. Dies ist für eine Heizvorrichtung der vorstehend genannten Art für die meisten Anwendungen in wasserführenden Haushaltgeräten ausreichend und kann in den entsprechenden Geräten ohne nennenswerten konstruktiven Aufwand untergebracht werden. In einer weitern, insgesamt zweckmäßigen Ausführung weist die Plattengröße einen Wert im Bereich von 10 cm2 (Quadratzentimeter) bis 500 cm2 (Quadratzentimeter) auf.
Die Erfindung betrifft ferner ein wasserführendes Gerät, wie Waschmaschine, Geschirrspüler oder Heißgetränkebereiter, mit einem Strömungsleitungssystem und einer darin angeordneten Heizvorrichtung gemäß einer der oben genannten Ausführungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 , 2, 3: eine Heizvorrichtung in einer skizzierten Ansicht in einer bevorzugten Ausführung und in unterschiedlichen Betriebsarten;
Fig.4: die Heizvorrichtung in skizzierter Ansicht in der Ausführung als Pumpe;
Fig. 5: einen Heißgetränkebereiter in einer skizzierten, perspektivischen, geöffneten
Ansicht und
Fig. 6: eine Waschmaschine in einer schematischen Darstellung.
Fig. 1 zeigt schematisch die Heizvorrichtung 9 in einer bevorzugten Ausführung in der Situation eines Wassererhitzers. Diese 9 umfasst einen Behälter 90 mit einem Einlasskanal 91 und einem Auslasskanal 92 und in dem Behälter 90 zwei beabstandete Platten 93, 94, welche als Elektroden fungieren und jeweils einen elektrischen Anschluss umfassen zum Anschluss an eine elektrische Spannungsquelle 102 zum Erzeugen eines Stromflusses I durch das zwischen den Platten befindliche Wasser W. Die Steuervorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, die Spannungsquelle 102 zu steuern und dadurch eine entsprechende Wechselspannung zu den Platten 93, 94 zu schalten. Mit dem Erfassungsmittel 98 kann der Leitwert der im Behälter befindlichen Flüssigkeit W erfasst werden und der Steuervorrichtung 100 zugeführt werden. Anhand des erfassten Leitwertes und den vorgegebenen Anforderungen für die Wassererhitzung kann die Steuervorrichtung 100 die Spannungsquelle 102 aktivieren, um die gewünschte Erhitzung des Wassers Wzu bewirken. Die Heizvorrichtung 9 ist hierbei als Durchlauferhitzer ausgebildet, sie kann auch als Boiler ausgebildet sein. Ferner umfasst die Heizvorrichtung 9 einen Sensor 99 zum Erfassen des Wasserpegels innerhalb des Behälters 90. Dies kann ein konduktiver oder kapazitiver Sensor sein, der an der Wand des Behälters 90 angebracht ist und mit dem Wasser W in Berührung steht. Die Wasserquelle 14 ist als Behälter ausgebildet, sie kann auch mittels einer Zulaufleitung aus einem Wasserversorgungsnetz und einem Zulaufventil bereitgestellt werden. Das Wasser W wird hierbei aus der Quelle 14 zum Einlass 91 , durch den Behälter 90 hindurch und aus dem Auslass 92 hinaus gefördert. Dies kann mittels einer Pumpe 8, 87 (Fig. 5, 6) aus der Geräteanwendung bereitgestellt werden. Fig. 2 zeigt die Heizvorrichtung 9 in der Anwendung als Dampferzeuger. Der Behälter 90 ist hierbei nicht vollständig mit Wasser W befüllt, das bedeutet, dass oberhalb des Pegels L ein Raum vorhanden ist. Das Erhitzen des Wassers W erfolgt hierbei in der Art und Weise, wie vorstehend beschrieben. Beim Erhitzen des Wassers W entsteht Dampf S, der sich zunächst im Raum oberhalb des Wasserpegels L sammelt und durch den Auslass 92 abgeführt wird. Die Steuervorrichtung 100 steuert hierbei die Spannungsquelle 102 derart, dass das Wasser W so stark erhitzt wird, dass Dampf S entsteht. Das Einlassmittel 91 kann hierbei als steuerbares Ventil ausgebildet sein, das ebenfalls von der Steuervorrichtung 100 gesteuert wird, um einen vorgebebenen Pegel an Wasser W in den Behälter 90 einzulassen. Der Pegel L kann anhand des Pegelsensors 99 erfasst werden und anhand des erfassten Pegelwertes kann die Steuervorrichtung 100 die erforderliche Wassermenge zur Dampferzeugung aus der Wasserquelle 14 in den Behälter 90 einlassen.
Fig. 3 zeigt die Heizvorrichtung 9 in der Anwendung als Mischer. Der Behälter 90 ist hierbei nicht vollständig mit Wasser W befüllt, das bedeutet, dass oberhalb des Pegels L ein Raum vorhanden ist. Der Pegel L ist hierbei jedoch so bemessen, dass die beiden Platten 93, 94 vollständig geflutet sind. Das Erhitzen des Wassers W erfolgt hierbei in der Art und Weise wie vorstehend beschrieben. Beim Erhitzen des Wassers Wwird das Wasser W nur soweit erwärmt, dass kein oder nur wenig Dampf entsteht. Durch den Auslass 92 wird während des Zirkulierens kein Wasser W abgeführt. Die Steuervorrichtung 100 steuert hierbei die Spannungsquelle 102 derart, dass das Wasser W nur so stark erhitzt wird, dass eine Zirkulation innerhalb des Behälters 90 entsteht. Das zwischen den Platten 93, 94 erhitzte Wasser W steigt dabei aufgrund Konvektion auf. Über den oberen Rand der Platten 93, 94 strömt das Wasser vorbei und am Rand des Behälters 90 wieder abwärts. Aufgrund der Zirkulation kann eine Mischung von im Wasser miteingelassenen Substanzen erfolgen. Nach dem Mischen kann die Flüssigkeit aus dem Auslassmittel 92 abgelassen oder herausgepumpt werden.
Das Einlassmittel 91 kann hierbei als steuerbares Ventil ausgebildet sein, das ebenfalls von der Steuervorrichtung 100 gesteuert wird, um für die jeweils gewünschte Anwendung den vorgebebenen Pegel an Wasser W in den Behälter 90 einzulassen. Der Pegel L kann anhand des Pegelsensors 99 erfasst werden und anhand des erfassten Pegelwertes kann die Steuervorrichtung 100 die erforderliche Wassermenge zur Zirkulation aus der Wasserquelle 14 in den Behälter 90 einlassen.
Fig. 4 zeigt die Heizvorrichtung 9 als schematische Ansicht in der Anwendung als Pumpe mit Erhitzer. Der Behälter 90 wird hierbei vollständig mit Wasser W befüllt, wobei nach dem Befüllen das Einlassmittel 191 verschlossen wird. Das Einlassmittel 191 ist hierbei als steuerbares Ventil 191 ausgebildet. Der Pegel ist hierbei jedoch so bemessen, dass der Raum zwischen dem Einlassventil 191 und dem Auslassmittel 192 die beiden Platten 93, 94 vollständig geflutet ist. Das Erhitzen des Wassers W erfolgt hierbei in der Art und Weise wie vorstehend beschrieben. Beim Erhitzen des Wassers W wird das Wasser erhitzt, wodurch es sich innerhalb des Behälters 90 ausdehnen will. Durch den entstehenden Fluiddruck wird das Wasser W aus dem Auslass 192 aus dem Behälter 90 heraus abgeführt. Die Steuervorrichtung 100 steuert hierbei die Spannungsquelle 102 und das Einlassventil 191 derart, dass das Wasser W aus der Quelle 14 in den Behälter 90 dosiert eingelassen, erhitzt und aufgrund der daraus entstehenden Ausdehnung selbständig und in flüssiger Form aus dem Behälter 90 abgeführt wird.
Für alle Betriebsarten und Funktionen stellt die Spannungsquelle 102 eine Wechselspannung bereit, bevorzugt mit einer Frequenz im Bereich der Netzfrequenz, also im Bereich von 16,7 bis 60 Hz.
Die Funktion der Pumpe wird beispielhaft folgend erläutert
Start:
System wird gefüllt, das Heizelement, bestehend aus den beiden Platten 93, 94 ist deaktiviert.
Das Einlassventil 191 ist geöffnet, Wasser fließt in Pumpkammer 90
- Auslassventil 192 ist gegebenenfalls geöffnet, sodass Wasser W in weiterführendes Rohr fließt (optional / sinnvoll, wenn im System kein höherer Druck zu erwarten ist)
Expansionsphase
Einlassventil 191 geschlossen (Aktivierung mittels Motor, Elektromagneten oder selbstschließend über Schwimmer oder Feder und nur aufgrund der Druckverhältnisse im Fluidsystem);
- Auslassventil 192 geöffnet (elektrisch angesteuert oder als selbstschließendes Rückschlagventil z.B. über Feder oder Schwimmer, welches durch den Überdruck in Pumpkammer 90 aufgedrückt wird);
Heizelement aktiviert, elektrische Spannung an den Platten 93, 94 angelegt => Dampf steigt auf und kann durch Einlassventil 191 nicht entweichen. Dadurch wird Wasser W in Pumpkammer 90 wird nach unten verdrängt;
Expansionsphase endet, wenn Heizelement 93, 94 nicht / nur teilweise bedeckt ist. Wiederholen der vorgenannten Schritte ab „Start“.
Dadurch wird eine pulsierende Pumpe bereitgestellt.
Die Fig.5 zeigt am Beispiel eines als Standgerät ausgebildeten Heißgetränkebereiter 1 mit allen relevanten Komponenten für die Zubereitung eines Heißgetränks. Der Getränkebereiter 1 umfasst unter anderem ein Gehäuse 11 , in dem der Vorratsbehälter 71 für Kaffeebohnen B mit darunter angebrachtem Mahlwerk 70 mit Motor, den Wasserbehälter 14 sowie die Möglichkeit, der Unterbringung des Strömungsleitungssystems 2. Das Gehäuse 11 dient ferner als Trägergestell für die Brüheinheit 40, wobei sich in der eingesetzten Position eine Schrägstellung der Brühkammer 41 ergibt. Im Frontbereich des Heißgetränkebereiter 1 verfügt dieser über einen höhenbeweglichen Auslass 20, in dem mehrere Entnahmeeinrichtungen, hier Auslassdüsen 21 , 22 untergebracht sind. Bei der Entnahmeeinrichtung 22 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Dampfdüse zur Abgabe heißen Wasserdampfes oder heißem Wasser, beispielsweise zur Verdünnung eines fertigen Kaffees oder zur Zubereitung eines Teegetränks. Die Entnahmeeinrichtung 21 stellt eine Ausgabeleitung oder Ausgabedüse 21 zur Abgabe von Kaffeegetränken dar. Eine Brüheinheit 40 mit einer Brühkammer 41 im Inneren des Gerätes 1 dient zur Zubereitung des Getränkes, wobei in die Brühkammer 41 das Kaffeepulver eingebracht und anschließend mit heißem Wasser durchflutet wird, sodass zur Ausgabeleitung und durch die Ausgabedüse 21 das fertige Kaffeegetränk ausgegeben wird. Den oberen Abschluss der Abstellfläche 33 bildet ein Abtropfblech 32, das mit Öffnungen und Schlitzen versehen ist, um Flüssigkeitsreste in einer unterhalb des Abtropfbleches 32 vorhandenen Auffangschale 34 abzuführen. Ferner umfasst der Heißgetränkebereiter 1 einen Tresterbehälter 35, in den die aufgebrauchte Substanz, beispielsweise Kaffeekuchen, nach Vollendung der Getränkezubereitung hineingeworfen wird. Das Gerät 1 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, die einzelnen Funktionsbaugruppen, wie Pumpen 8, Ventilanordnung V und Heizvorrichtung 9 (als Durchlauferhitzer ausgebildet) und Mahlwerk 70, soweit vorhanden, zu steuern, wie es für die Zubereitung des jeweils ausgewählten Getränkes notwendig ist. Die Steuereinrichtung 18, die als Mikrocontroller uC mit einem zugeordneten Speicher MEM ausgeführt ist, ist in dieser Ausführung ferner dazu eingerichtet, die Ventile V des Strömungsleitungssystems 2 so anzusteuern, dass das heiße Wasser durch die Brühkammer 41 , gepumpt wird. Eine an der Frontblende 10 angeordnete Bedien- und Anzeigevorrichtung 15 stellt die Bedienhandhabe für Benutzereingaben bereit und ein Display für Zustandsanzeigen oder Eingabemöglichkeiten zur Zubereitung von Getränken. Bevorzugt ist die Bedien- und Anzeigevorrichtung 15 als Berührbildschirm ausgebildet. In der Steuereinrichtung 18 Getränkebereiters 1 können die Steueraufgaben für die Heizvorrichtung 8 implementiert oder integriert sein. In Fig. 6 ist als Beispiel für ein wasserführendes Gerät eine Waschmaschine 80 schematisch dargestellt. Die Waschmaschine 80 enthält ein Gehäuse 81 , in dem alle wesentlichen Komponenten zum Durführen eines automatisierten Waschprozesses notwendig sind. Hierbei sind es der Laugenbehälter 82, die darin drehbar angetriebene Trommel 84 und die Steuervorrichtung 18. Ferner ist ein Wasseranschluss 83 zum Anschluss an das Versorgungsnetz sowie ein steuerbares Einlassventil 85 vorhanden, um Wasser W in den Laugenbehälter 82 und die Trommel 84 einzulassen. Die Ablaufvorrichtung 86 unterhalb des Laugenbehälters 82 dient zum Anschluss einer Umflutpumpe 87, um das Wasser W oder die mit Waschmittel versetzte Waschlauge aus dem Laugenbehälter 82 heraus durch die Umflutleitung 88 in den oberen Bereich der Trommel 84 zu fördern und dort einzuspritzen. Auf der Druckseite der Pumpe 87 ist die Heizvorrichtung 9 angeordnet, die als Durchlauferhitzer ausgebildet ist, wobei am Auslass 92 (Fig. 1 - 4) der Heizvorrichtung 9 die Umflutleitung 88 angeschlossen ist. An der Ablaufvorrichtung 86 ist ferner der Ablaufschlauch 89 abgeschlossen, um die aufgebrauchte Waschlauge oder Wasser W aus dem Laugenbehälter 82 mittels der Ablaufpumpe 87a herauszufördern.
Die Steuereinrichtung 18 dient dazu, die Pumpe 87, Antrieb für die Trommel 94, die Heizvorrichtung 9 und die Ventile 85 zu aktivieren und zu deaktivieren, um den gewünschten Waschprozess für die Wäsche 800 durchzuführen. In der Steuereinrichtung 18 der Waschmaschine 80 können die Steueraufgaben für die Heizvorrichtung 9 implementiert oder integriert sein.

Claims

9 Patentansprüche
1. Heizvorrichtung (9) zum Erhitzen von Wasser (W), umfassend
- einen Behälter (90) mit einem Einlassmittel (91) und einem Auslassmittel (92);
- zwei beabstandete Platten (93, 94), welche als Elektroden fungieren und jeweils an eine elektrische Spannungsquelle (102) angeschlossen sind zum Erzeugen eines Stromflusses (I) durch das zwischen den Platten (93, 94) befindliche Wasser (W);
- eine Steuervorrichtung (100) zum Aktivieren und Deaktivieren des Einlassmittels (91) und zum Aktivieren und Deaktivieren der Spannungsquelle (102).
2. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 1 , umfassend ein Erfassungsmittel (98) zum Erfassen des Leitwertes des zwischen den Platten (93, 94) befindlichen Wassers (W), wobei die Steuervorrichtung (100) bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Einlassmittel (91 ,
191) und/oder die Spannungsquelle (102) in Abhängigkeit des erfassten Leitwertes einzustellen.
3. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einlassmittel (91) ein steuerbares Ventil (91 , 191) umfasst und die Steuereinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das steuerbare Ventil (91 , 191) zu öffnen und zu schließen.
4. Heizvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Auslassmittel (92) ein Ventil (92, 192) umfasst, wobei das Ventil (92, 192) bevorzugt steuerbar ausgebildet ist und die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das steuerbare Auslassventil (92,
192) zu öffnen und zu schließen.
5. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das Einlassmittel (91 , 191) und die Spannungsquelle (102) und bevorzugt das Auslassmittel (92, 192) für verschiedene Betriebsarten zu steuern.
6. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 5, wobei als Betriebsart eine oder mehrere der Betriebsarten
- Pumpen;
- Mischen und
- Dampferzeugung ausgewählt und durchgeführt werden kann.
7. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 6, wobei in der Betriebsart Pumpen die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das Einlassventil (91 , 191) derart zu steuern, dass sich eine pulsierende Förderung des Wassers (W) einstellt. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 6, wobei in der Betriebsart Dampferzeugung die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das Einlassventil (91 , 191) derart zu steuern, dass sich ein Pegel (L) mit einem freien Volumen oberhalb der Platten (93, 94) in dem Behälter (90) einstellt. Heizvorrichtung (9) nach Anspruch 6, wobei in der Betriebsart Mischen die Steuervorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das Einlassventil (91 , 191) derart zu steuern, dass sich ein Pegel (L) in dem Behälter (14) einstellt, bei dem die Platten (93, 94) vollständig geflutet sind und sich ein Konvektionsstrom des Wassers (W) innerhalb des Behälters (90) einstellen kann. Heizvorrichtung (9) nach einem der Anspruch 1 bis 9, ferner umfassend ein Erfassungsmittel (99) zum Erfassen des Pegels des im Behälter () bzw. zwischen den Platten (93, 94) befindlichen Wassers (W). Heizvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Behältervolumen einen Wert im Bereich 200 ml bis 2000 ml umfasst. Heizvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Plattengröße einen Wert im Bereich von 10 cm2 bis 500 cm2 aufweist und der Abstand der Platten (93, 94) einen Wert im Bereich von 5 cm bis 0,5 cm aufweist. Wasserführendes Gerät, wie Waschmaschine (80), Geschirrspüler oder Heißgetränkebereiter (1), mit einem Strömungsleitungssystem und einer darin angeordneten Heizvorrichtung (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
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