EP4457467A1 - Haushalts-dampfgargerät - Google Patents

Haushalts-dampfgargerät

Info

Publication number
EP4457467A1
EP4457467A1 EP22835309.0A EP22835309A EP4457467A1 EP 4457467 A1 EP4457467 A1 EP 4457467A1 EP 22835309 A EP22835309 A EP 22835309A EP 4457467 A1 EP4457467 A1 EP 4457467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
superheater
shs
cooking appliance
evaporator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22835309.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Wagner
Hannah Milena Kroehl
Ludovic Ball
Alex MARCUS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
Publication of EP4457467A1 publication Critical patent/EP4457467A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/32—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens
    • F24C15/322—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation
    • F24C15/327—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation with air moisturising

Definitions

  • the invention relates to a household steam cooking appliance, having a cooking chamber and an SHS device arranged outside the cooking chamber for generating superheated steam from water and for introducing the superheated steam into the cooking chamber, the SHS device having an evaporator for converting water into wet steam and a superheater fluidly downstream of the evaporator for converting the wet steam into superheated steam.
  • the invention can be applied particularly advantageously to ovens and/or microwave ovens with an additional SHS (“Super-Heated Steam”) function.
  • EP 2 134 143 A1 discloses an electrical resistance heating element for a heating device, with at least one flow channel through which the flowing gaseous medium can pass from a channel inlet side to a channel outlet side of the resistance heating element, and with at least one heating resistor extending essentially in the direction of the flow channel which the medium flows past and is heated in the process.
  • the heating resistor is rod-shaped and made of an electrically conductive ceramic material.
  • the electrical resistance heating element is intended to be arranged in a heating tube, at one end of which air, for example, is blown in. The heated air flow exits at the other end of the heating tube.
  • EP 1 814 362 A1 discloses a heating element for a hot-air device, with a heating resistor arranged in an air flow, which has at least one air duct for the air flow, with a heating conductor for converting electrical energy into heat, and with a carrier part made of temperature-resistant material for the heating conductor.
  • the heating resistor is essentially made entirely of ceramic.
  • the carrier part has an electrically insulating ceramic material and the heating conductor has an electrically conductive ceramic material. The ceramic materials of the carrier part and the heating conductor are firmly bonded to one another.
  • EP 1 233 650 A1 discloses a hot-air device with a heating element arranged in the air stream with a carrier made of temperature-resistant material and heating wires arranged in the air ducts as well as at least one metal holder for the carrier ger, whereby the temperature-resistant material of the carrier is at least partially electrically contacted by the metallic holder and is connected to a device for interrupting the heating circuit, which, when the temperature-resistant material heats up, cuts the measuring current flowing through the insulating material and the contact element when a threshold value is reached heating circuit is interrupted. It is possible to control or regulate the hot air temperature of the hot air device via the measuring current.
  • EP 0 123 698 A1 discloses that in this electric heater the heating wire coil is mounted in a body made of ceramic or other heat-resistant material. For easier heat transfer, the heating wire coil is arranged therein in such a way that the air flow direction and the coil axis enclose a right angle with one another.
  • individual disk-shaped heating element elements are stacked for this purpose, which accommodate sections of the heating wire coil between them, while in a second embodiment, the heating wire coil is spirally wound around a cylindrical body embedded in a hollow cylinder.
  • WO 00/13467 A1 discloses an electrical heating device for heating a fluid, in particular an air flow, with a carrier device designed to accommodate a heating coil, which has a plurality of carrier elements which can be attached axially to one another and are designed to produce at least one continuous, axially extending flow channel for the fluid with the following being provided: an electrical temperature sensor provided on the outlet side, the supply lines of which are routed to an inlet-side connection module on the heating device, with the connection module that can be connected to control electronics carrying an electronic memory chip that is individually assigned to the heating device and which is used for non-volatile writing with individual Measured and test values of the heating device, including an individual test value of the temperature sensor at an operating temperature, is formed.
  • EP 0 392 191 A1 discloses a hot-air gun with a blower and with at least one heating resistor, the power consumption of which can be controlled via an adjustment device and an electrical control circuit, characterized by a hot-air duct arranged temperature sensor and connected to the temperature sensor temperature display device.
  • EP 2 410 813 A1 discloses an electric heating element with a first tube for accommodating a heating element, which is electrically insulated from the tube wall of the first tube, and with a second tube through which a fluid to be heated flows, the second tube being an outer tube and the first tube is an inner tube arranged in the inner space of the outer tube.
  • EP 2 410 813 A1 is particularly suitable for providing a compact heater for an electrical household appliance as a flow heater for heating water, which has a high degree of efficiency with an insulated heating coil.
  • EP 1 960 713 A1 discloses a superheated steam generating apparatus comprising: a housing having a cylindrical body and a combustion chamber having a cavity portion formed in the cylindrical body, the housing having an outlet formed at a lower end thereof to allow that superheated steam is discharged to the outside; a cover attached to an upper end of the housing and having an injection inlet formed at an upper end thereof to allow steam to be injected therethrough into the housing; a plurality of spacer means stacked horizontally in the combustion chamber of the casing such that spacer means of even and odd rows are alternately and equidistantly spaced from each other, the interval maintaining means of even and odd rows having different outer diameters to form a fluid communication passage between the to define inner wall of the combustion chamber and the interval maintaining means; and a plurality of heating means penetratingly mounted vertically in the plurality of interval maintaining means so as to be equidistantly spaced from each other at a peripheral portion of the interval maintaining means to guide heat fluid flowing through the fluid communication passage.
  • a household steam cooking appliance having a cooking chamber and an SHS device arranged outside the cooking chamber for generating superheated steam from water and for introducing the superheated steam into the cooking chamber, the SHS device having an evaporator for converting water into wet steam, a superheater downstream of the evaporator for converting the wet steam into superheated steam, and a metallic and/or ceramic connection piece downstream of the superheater for conducting the superheated steam into the cooking chamber, and wherein the superheater has a cylindrical flow channel on the jacket area of which at least an electric heating element is arranged.
  • This steamer has the advantage of a compact design with high heat transfer to the wet steam at the same time. This makes it possible to heat the overheated steam to high temperatures, e.g. up to 600 °C, even if the space available for the steam cooking appliance is limited.
  • the superheater has low thermal inertia, so the amount of time it takes to superheat the wet steam is very short. This in turn means that preheating of the wet steam can be completely or largely dispensed with. This, in turn, results in the further advantage that the temperature of the superheated steam can also be quickly lowered again if required.
  • Yet another advantage is that simple means can be used to prevent wet steam or condensate from entering the cooking chamber.
  • Another advantage of the steamer in particular due to the cylindrical flow channel, is that a volume expansion of the water during the phase change to steam in the evaporator leads to a low-resistance flow through the superheater and therefore no additional fan is necessary.
  • the household steamer can be an independent steamer or a combination device such as an oven and/or microwave oven with a steamer function.
  • the cooking chamber typically has a loading opening at the front, which can be closed by means of a door, in particular so that it is steam-tight.
  • the SHS (“Super-Heated Steam”) device is set up to generate superheated steam from water and to introduce the superheated steam into the cooking chamber.
  • the superheated steam can also be called dry steam because it contains no droplets and is therefore not visible to the human eye.
  • wet steam is first produced, which typically still contains droplets of liquid water.
  • the evaporator has at least one heating element for heating supplied water.
  • the water can be supplied from a water tank of the steamer and/or via a fresh water connection of the steamer, e.g. via a water line.
  • the fact that the superheater is fluidly connected downstream of the evaporator includes, in particular, that a wet-steam outlet of the evaporator is connected to a wet-steam inlet of the superheater, e.g. via a steam line.
  • connection piece is connected fluidically downstream of the superheater includes, in particular, that a dry steam outlet of the superheater is connected to a dry steam inlet of the connection piece.
  • a dry steam outlet from the connection piece can, for example, flow into the cooking compartment.
  • the superheater adds thermal energy to the supplied wet steam in order to heat the wet steam above the boiling temperature of water (approx. 100 °C).
  • the fact that the superheater has a cylindrical flow channel includes, in particular, that the steam flowing through the superheater is largely deflected in a straight line, ie its flow direction is deflected no more than once by no more than 90°.
  • the cylindrical flow channel is therefore in particular not formed in an S-shape or in a meandering shape.
  • there are no structures within the cylindrical flow channel that noticeably influence the flow direction of the steam such as discs, plates, etc.
  • the cylindrical flow channel creates a Flow resistance for the steam flowing through is kept low, so that a volume flow of superheated steam that is sufficiently high for steam cooking can be generated solely by the steam pressure of the wet steam generated in the evaporator. This eliminates the need for a fan to convey the vapor if desired.
  • a cross-sectional shape of the cylindrical flow channel is basically arbitrary and can, for example, be circular, oval, angular (e.g. square), free-form, etc.
  • At least one electrical heating element is arranged on the jacket area or on the side wall of the cylindrical flow channel can include, in a further development, that the heating element contacts the jacket area. This enables a particularly effective heat transfer. It is also a further development that the heating element does not contact the jacket area but is at a distance from it. This can be advantageous, for example, in order to mount the electric heating element in a particularly simple manner and avoids chemical reactions between the jacket area and the heating element.
  • the at least one heating element of the superheater is mounted on a steam- and heat-resistant substrate, for example a ceramic substrate.
  • the substrate forms a—in particular cylindrical—wall of the cylindrical flow channel.
  • it can serve as an electrical and thermal insulator.
  • the at least one heating element is arranged on an inner side of the substrate serving as a wall, in particular is arranged inside the cylindrical flow channel.
  • the at least one heating element can in principle also be arranged on an outside of the substrate serving as a wall or embedded in the substrate.
  • the substrate can be tubular.
  • micanite cardboard can be wrapped or placed around the substrate.
  • the superheater can have a metal housing into which the substrate with the at least one heating element and possibly the micanite cardboard is inserted.
  • connection piece is made of metal (e.g. stainless steel) and/or ceramic, it is highly resistant to superheated steam or dry steam.
  • Plastic hoses such as silicone hoses, on the other hand, are less suitable, especially at high steam temperatures of up to 600 °C.
  • connection piece is as short as possible, so that a dry steam outlet of the superheater is arranged fluidically as close as possible to the cooking chamber. This advantageously reduces the heat loss of the superheated steam between the dry steam outlet and the cooking chamber. Furthermore, the material costs for the connection piece can be kept low in this way.
  • connection piece has a flow length for the superheated steam of between 0.5 cm and 15 cm, with a flow length of between 1 cm and 5 cm having turned out to be particularly advantageous.
  • connection piece tapers continuously from its inlet to its outlet, e.g. in the shape of a truncated cone. This continuous adjustment of the cross section achieves the advantage that a back pressure counteracting the flow pressure of the superheated steam in the connecting piece is kept particularly low.
  • the SHS device has a separator which is arranged fluidly between the evaporator and the superheater.
  • a separator which is arranged fluidly between the evaporator and the superheater.
  • an inlet of the separator can be connected to the wet-steam outlet of the evaporator and an outlet of the separator can be connected to the wet-steam inlet of the superheater.
  • the separator is used to remove (liquid) water droplets from the wet steam before the wet steam reaches the superheater. This is based on the knowledge that direct contact between a heating element of the superheater and water droplets causes corrosion and can cause electrical short circuits.
  • the water droplets can be desalinated condensate droplets entrained with the steam stream and/or can be salt-containing droplets thrown up by the boiling (so-called "spitters").
  • the saline droplets can be chemically corrosive, while both types of water droplets can also lead to thermal shock corrosion.
  • the separator is a mechanical separator.
  • a mechanical separator can be understood in particular as a component which allows the wet steam to pass through while the water droplets are separated. This is usually achieved by deflection and the resulting centrifugal forces. Furthermore, the higher gravitation of the water droplets compared to the steam can advantageously be used.
  • the separated liquid water can advantageously be fed back into the evaporator or into another reservoir.
  • a possible design of the separator consists in the provision of a pot, in the top of which the droplet-laden wet steam is introduced from the evaporator and, at a distance from it, the at least largely droplet-free wet steam is discharged to the superheater, in particular in the vertical direction.
  • the separator is a thermal separator.
  • a thermal separator can be understood in particular as a component that heats the wet steam so far above the boiling point that the water droplets evaporate, but the wet steam has not yet reached its target temperature when it is introduced into the cooking chamber.
  • the thermal separator can thus also be viewed as a pre-heater or pre-superheater.
  • the thermal separator has an independent heating element.
  • a thermal separator can, for example, have or be a heated hose sleeve or a continuous-flow heater (for example a metal tube with tubular heating elements attached, e.g. welded on).
  • the thermal separator is designed as a tube or tube section of the superheater located upstream of the at least one heating element in the direction of flow of the wet steam.
  • This development is particularly advantageous in With regard to a compact design, thermal coupling and control and energetically particularly favorable.
  • the pipe is also heated by the heat generated in the superheater by means of heat conduction. Wet steam entering the tube, which itself does not have a heating element, is heated to such an extent that the water droplets evaporate and then directly enter the cylindrical flow channel, on whose jacket area at least one electric heating element is arranged.
  • the tube may be a front extension of the substrate of the cladding portion or a tube of a different material attached to the substrate.
  • Sufficient thermal decoupling from a plastic hose, for example a silicone hose, which may be carrying the wet vapor between the evaporator and the pipe, can be achieved, for example, by a sufficient distance from the cylindrical flow channel. This distance can be set, for example, by choosing a tube length.
  • the SHS device has a distributor which is fluidically connected upstream of the top heater. This results in the advantage that steam enters the superheater in a targeted distribution, which enables a particularly even and effective heat transfer to the steam.
  • any water droplets that may be present can advantageously be reduced in size, which noticeably reduces their disadvantageous effect on the cylindrical flow channel, in particular the at least one heating element.
  • the distributor has or is an atomizer nozzle. This is inexpensive and robust and can be easily and compactly arranged in front of the superheater, e.g. at the wet-steam inlet of the superheater.
  • the distributor comprises or is a fine mesh mesh or screen, for example of the type found in a faucet.
  • This is also inexpensive and robust and can be easily and compactly arranged in front of the superheater, e.g. at the wet-steam inlet of the superheater.
  • the at least one electrical heating element is a spirally wound resistance heating wire. This is particularly easy and inexpensive attachable to the substrate, in particular adaptable to the cylindrical shape of the flow channel or the substrate.
  • the steam is passed directly over the resistance heating wire.
  • heating elements can also be used, e.g. thick or thin film heating conductors, which are printed onto the substrate, for example.
  • a heating cartridge for example, can also be used as an electrical heating element. This can be arranged, for example, in the middle of the flow channel.
  • the superheater is oriented such that the cylindrical flow channel is vertical.
  • This design is particularly advantageous if the superheater is connected directly to the evaporator (i.e. the SHS device does not have a separator or distributor), because then there is less likelihood of water droplets being carried along with the wet steam than with an oblique orientation on the inner wall of the cylindrical flow channel and possibly run down over the at least one heating element. Rather, they are more likely to fall down through the cylindrical flow channel without touching the wall and vaporize in the process.
  • the superheater can also be aligned at an angle or even horizontally.
  • the cylindrical flow channel is a straight cylindrical flow channel.
  • a flow channel is particularly easy to produce and enables particularly effective steam heating.
  • the flow duct can also be curved at least once in one direction, which may improve positioning and the dispensing of steam into the cooking chamber.
  • the flow channel can also be designed as a circular or oval sector shape. If the flow channel is not straight, its angle of curvature cannot exceed 90°, in particular 45°, in particular 20°, in particular 10°.
  • the SHS device is arranged on a rear wall of the cooking chamber.
  • An advantage of such an attachment is that there is a comparatively large amount of installation space, which in particular results in the possibility of simple vertical installation.
  • at least one of the components of the SHS device, in particular the superheater and/or the connection piece, is surrounded on the outside by thermal insulation, which advantageously helps to save energy.
  • the superheater has a temperature sensor for sensing a temperature of the superheater or of the superheated steam and the domestic steam cooking appliance has a control unit which is data-technically coupled to the temperature sensor and which is set up to determine a temperature of the superheated steam based on the sensed temperature adjusted to a specified setpoint.
  • the target value is between 101°C and approximately 600°C.
  • control unit is set up to set an electrical power fed into the at least one heating element of the superheater for setting the temperature of the superheated steam as a function of an electrical power supplied to the evaporator.
  • the domestic steam cooking appliance is set up to operate the superheater only when the evaporator is in operation. This ensures that the superheater is only operated when wet steam is flowing through it. This in turn advantageously prevents the at least one heating element of the superheater from overheating and being damaged.
  • FIG. 1 shows a sectional side view of a sketch of a household steamer with an SHS device
  • FIG. 2 shows the SHS device of the steamer according to a first exemplary embodiment as a rear view
  • FIG. 3 shows the SHS device of the steamer according to a second exemplary embodiment as a rear view
  • FIG. 4 shows the SHS device of the steam cooking appliance according to a third exemplary embodiment as a rear view
  • FIG 5 shows the SHS device of the steamer according to a fourth exemplary embodiment as a rear view.
  • the baking oven 1 shows a sectional side view of a sketch of a household steamer in the form of an oven 1 with steamer functionality.
  • the baking oven 1 has a cooking chamber 2 with a loading opening on the front, which can be closed in a vapor-tight manner by means of a pivoting oven door 3 .
  • the cooking chamber 2 can be heated by conventional radiant heaters such as a top heating element 4 and a bottom heating element 5 .
  • the electrical output of the heaters 4, 5 can be adjusted via a control device 6.
  • An SHS device 8 is arranged outside of the cooking chamber 2 behind a rear wall 7 of a cooking chamber wall or muffle.
  • the SHS device 8 has at least one evaporator 9 for converting the water W into wet steam ND and a superheater 10, which is fluidically connected downstream of the evaporator 9, for converting the wet steam ND into the superheated steam SHS, and a metallic and/or ceramic connection piece which is fluidically connected downstream of the superheater 10 11 for directing the superheated steam SHS into the cooking chamber 2.
  • the water W is provided here by a water tank 12 (alternatively directly via a fresh water connection, not shown), which can be removed by the user for refilling or can be filled automatically via a fresh water connection.
  • water W conveyed, e.g. pumped or drained, from the water tank 12 into the evaporator 9 is brought to the boil by the evaporator 9, resulting in the wet steam ND, which is at boiling temperature and contains condensate droplets and/or spitters can lead.
  • the wet steam ND is fed through a fluid line 13, for example a silicone hose, to the superheater 10 and heated there to a temperature above the boiling point of water W to form the superheated steam SHS, for example up to approx. 600°C.
  • the superheated steam SHS discharged from the superheater 10 is led into the cooking chamber 2 through the short connection piece 11, eg not more than 1 cm to 5 cm long.
  • the superheater 10 has a cylindrical flow channel 15 (see Fig.2 to Fig.5) formed by a straight, in particular tubular ceramic substrate, with an electrical heating element in the form of a spiral on the inside of the jacket area exposed to the steam ND, SHS adjacent resistance wire is arranged.
  • This corresponds to the basic structure of many hot air guns, but here steam and not air is heated. Since the flow channel 15 opposes the steam ND, SHS with only a very low flow resistance, the steam pressure developed by the evaporator 9 is sufficient to generate a sufficiently high volume flow of superheated steam SHS for steam cooking at a sufficient speed.
  • the SHS device 8 can be designed without a fan.
  • the control device 6 is set up to control an operation of the SHS device 8 and for this purpose can, for example, adjust an electrical power fed into the evaporator 8 and/or the superheater 10 or its heating element.
  • the control device 6 is also set up to adjust a temperature of the superheated steam SHS to a specified setpoint value, which can be between 101° C. and 600° C., in particular.
  • a specified setpoint value which can be between 101° C. and 600° C., in particular.
  • the control device 6 is coupled in terms of data technology to a temperature sensor 14 arranged on the superheater 10 .
  • the control device 6 is also set up to set an electrical power fed into the at least one heating element of the superheater 10 for setting the temperature of the superheated steam SHS as a function of an electrical power supplied to the evaporator 9 .
  • the generated by the evaporator 9 The amount of steam and the temperature of the superheated steam SHS can be specifically varied and set precisely.
  • the control device 6 is in particular also set up to only operate the superheater 10, e.g. energize it, when the evaporator 9 is being operated, e.g. energized. This avoids overheating and damage to the superheater 10. Conversely, in a further development, the evaporator 9 can also be operated without the operation of the superheater 10, e.g. to introduce wet steam ND into the cooking chamber 2.
  • FIG. 2 shows the SHS device 8 of the baking oven 1 according to a first exemplary embodiment 8A as a rear view of the rear wall 7 .
  • the superheater 10 is aligned in such a way that the cylindrical flow channel 15 is vertical.
  • An upper opening of the flow channel 15 represents a wet steam inlet 16
  • a lower opening, separated from it by the jacket area of the cylindrical flow channel represents a dry steam outlet 17 merging into the connection piece 11 .
  • the wet steam outlet of the evaporator 9 is connected directly to the wet steam inlet 16 via the fluid line 13 .
  • Water droplets entrained with the wet steam ND enter the flow channel 15 of the superheater 10 from above and are evaporated in the flow channel 15 . Due to the vertical orientation of the flow channel 15, wetting of the inside of the flow channel 15 or its lateral surface and in particular the heating wire by the water droplets can be noticeably reduced, which extends the service life of the superheater 10.
  • FIG. 3 shows the SHS device 8 of the baking oven 1 according to a second exemplary embodiment 8B as a rear view of the rear wall 7 .
  • a distributor 18 in the form of an atomizer nozzle or a fine-meshed metal net, e.g. made of stainless steel, is connected fluidly upstream of the wet steam inlet 16.
  • a distributor 18 in the form of an atomizer nozzle or a fine-meshed metal net, e.g. made of stainless steel, is connected fluidly upstream of the wet steam inlet 16.
  • a distributor 18 in the form of an atomizer nozzle or a fine-meshed metal net, e.g. made of stainless steel
  • the flow channel 15 is a thermal separator 19 immediately upstream.
  • This can be designed as a tubular extension of the tubular ceramic substrate of the flow channel 15 to the rear or against the direction of flow of the wet steam ND and then has no heating wire. The extension is heated by conduction from the filament-equipped tubular ceramic substrate of the flow channel 15 and vaporizes water droplets before entering the region of the filament.
  • FIG. 5 shows the SHS device of the baking oven according to a fourth exemplary embodiment 8D as a rear view of the rear wall 7 .
  • flow channel 15 is preceded by a mechanical separator 20 .
  • the mechanical separator 20 is in the form of a vapor-tight pot inserted into the fluid line 13 .
  • a portion of the fluid line 13 connected to the wet steam outlet of the evaporator 9 leads perpendicularly into a top side of the separator 20.
  • a portion of the fluid line 13 connected to the wet steam inlet 16 of the superheater 9 also leads perpendicularly into the top side of the separator 20, but at a significant distance from the other Section.
  • Droplet-laden wet steam coming from the evaporator 9 thus enters the separator 20 from above. Water droplets that are entrained hit the bottom and side walls of the vessel due to their momentum and weight and are thus separated from the wet steam LP.
  • the droplet-free wet steam ND itself is carried on to the superheater 10 through the section of the fluid line 13 connected to the wet-steam inlet 16 of the superheater 9 due to the steam pressure in the separator 20 .
  • the liquid water that collects on the bottom can be fed back into the evaporator 9 or into another reservoir.

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Abstract

Haushalts-Dampfgargerät (1), aufweisend einen Garraum (2) und eine außerhalb des Garraums (2) angeordnete SHS-Einrichtung (8, 8A-8D) zum Erzeugen von überhitztem Dampf (SHS) aus Wasser (W) und zum Einleiten des überhitzten Dampfs (SHS) in den Garraum (2), wobei die SHS-Einrichtung (8, 8A-8D) einen Verdampfer (9) zum Umwandeln von Wasser (W) in Nassdampf (ND), einen dem Verdampfer (9) fluidisch nachgeschalteten Überhitzer (10) zum Umwandeln des Nassdampfs (ND) in überhitzen Dampf sowie ein dem Überhitzer (10) fluidisch nachgeschaltetes metallisches und/oder keramisches Anschlussstück (11) zum Leiten des überhitzten Dampfs (SHS) in den Garraum (2) aufweist und wobei der Überhitzer (10) einen zylinderförmigen Strömungskanal (15) aufweist, an dessen Mantelbereich mindestens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen und/oder Mikrowellengeräte mit zusätzlicher SHS-Funktion.

Description

Haushalts-Dampfgargerät
Die Erfindung betrifft ein Haushalts-Dampfgargerät, aufweisend einen Garraum und eine außerhalb des Garraums angeordnete SHS-Einrichtung zum Erzeugen von überhitztem Dampf aus Wasser und zum Einleiten des überhitzten Dampfs in den Garraum, wobei die SHS-Einrichtung einen Verdampfer zum Umwandeln von Wasser in Nassdampf und einen dem Verdampfer fluidisch nachgeschalteten Überhitzer zum Umwandeln des Nassdampfs in überhitzen Dampf aufweist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Backöfen und/oder Mikrowellengeräte mit zusätzlicher SHS ("Super-Heated Steam")-Funktion.
EP 2 134 143 A1 offenbart ein elektrisches Widerstandsheizelement für eine Heizeinrichtung, mit mindestens einem Strömungskanal, durch den das strömende gasförmige Medium von einer Kanaleintrittsseite zu einer Kanalaustrittsseite des Widerstandsheizelementes gelangen kann, und mit mindestens einem sich im Wesentlichen in Richtung des Strömungskanals erstreckenden Heizwiderstand, an dem das Medium vorbeiströmt und dabei erhitzt wird. Der Heizwiderstand ist stabförmig ausgebildet und aus einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial hergestellt. Das elektrische Widerstandsheizelement ist zur Anordnung in einem Heizrohr vorgesehen, an dessen einem Ende beispielsweise Luft eingeblasen wird. Am anderen Ende des Heizrohrs tritt der erhitzte Luftstrom aus.
EP 1 814 362 A1 offenbart ein Heizelement für eine Heißlufteinrichtung, mit einem in einem Luftstrom angeordneten Heizwiderstand , der mindestens einen Luftkanal für den Luftstrom aufweist, mit einem Heizleiter zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme und mit einem Trägerteil aus temperaturbeständigem Material für den Heizleiter . Der Heizwiderstand ist im Wesentlichen vollständig aus Keramik hergestellt. Das Trägerteil weist ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial und der Heizleiter ein elektrisch leitendes Keramikmaterial auf. Die Keramikmaterialien des Trägerteils und des Heizleiters sind stoffschlüssig miteinander verbunden.
EP 1 233 650 A1 offenbart eine Heißlufteinrichtung mit einem im Luftstrom angeordneten Heizelement mit einem Träger aus temperaturbeständigem Material und in den Luftkanälen angeordnete Heizdrähten sowie mindestens einer metallischen Halterung für den Trä- ger, wobei das temperaturbeständige Material des Trägers von der metallischen Halterung wenigstens teilweise elektrisch kontaktiert und an eine Einrichtung zur Unterbrechung des Heizstromkreises angeschlossen ist, die bei Erwärmung des temperaturbeständigen Materials die aufgrund des über das isolierende Material und das Kontaktelement abfließenden Messstromes bei Erreichen eines Sehwellwertes den Heizstromkreis unterbricht. Es besteht die Möglichkeit, die Heißlufttemperatur der Heißlufteinrichtung über den Messstrom zu steuern oder zu regeln.
EP 0 123 698 A1 offenbart, dass bei diesem elektrischen Heizkörper die Heizdrahtwendei in einem Körper aus Keramik oder anderem hitzebeständigen Material gelagert ist. Zur leichteren Wärmeübertragung ist die Heizdrahtwendei derart darin angeordnet, dass die Luftströmungsrichtung und die Wendelachse einen rechten Winkel miteinander einschließen. In einer ersten Ausführungsform sind zu diesem Zweck einzelne scheibenförmige Heizkörperelemente aufeinander gesetzt, die zwischen sich Teilabschnitte der Heizdrahtwendei aufnehmen, während in einer zweiten Ausführungsform die Heizdrahtwendei spiralförmig um einen zylindrischen Körper gewickelt ist, der in einen Hohlzylinder eingebettet ist.
WO 00/13467 A1 offenbart eine elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fluids, insbesondere eines Luftstroms, mit einer zur Aufnahme einer Heizwendel ausgebildeten Trägervorrichtung, die eine Mehrzahl von axial aneinander ansetzbaren, zum Herstellen mindestens eines durchgehenden, sich axial erstreckenden Strömungskanals für das Fluid ausgebildeten Trägerelementen aufweist, wobei vorgesehen ist: ein austrittsseitig vorgesehener, elektrischer Temperaturfühler, dessen Zuleitungen zu einem eintrittsseitigen Anschlussmodul an der Heizvorrichtung geführt sind, wobei das mit einer Steuerelektronik verbindbare Anschlussmodul einen elektronischen, der Heizvorrichtung individuell zugeordneten Speicherbaustein trägt, der zum nicht-flüchtigen Beschreiben mit individuellen Mess- und Prüfwerten der Heizvorrichtung, einschließlich eines individuellen Prüfwertes des Temperaturfühlers bei einer Betriebstemperatur, ausgebildet ist.
EP 0 392 191 A1 offenbart eine Heißluftpistole mit einem Gebläse und mit wenigstens einem Heizwiderstand, der über eine Einstelleinrichtung und einen elektrischen Steuerkreis in seiner Leistungsaufnahme steuerbar ist, ausgezeichnet durch einen im Heißluft- kanal angeordneten Temperatursensor und eine mit dem Temperatursensor verbundene Temperaturanzeigeeinrichtung.
In EP 2 410 813 A1 offenbart ist ein elektrischer Heizkörper mit einem ersten Rohr zur Aufnahme eines Heizelementes, das gegenüber der Rohrwandung des ersten Rohres elektrisch isoliert ist, und mit einem von einem zu erwärmenden Fluid zu durchströmenden zweiten Rohr, wobei das zweite Rohr ein Außenrohr ist und das erste Rohr ein im Innenraum des Außenrohrs angeordnetes Innenrohr.
EP 2 410 813 A1 eignet sich insbesondere zur Bereitstellung eines kompakten Heizkörpers für ein elektrisches Hausgerät als ein Durchlauferhitzer zur Wassererwärmung, der bei einer isolierten Heizwendel einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
EP 1 960 713 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung von überhitztem Dampf, umfassend: ein Gehäuse mit einem zylindrischen Körper und einer Brennkammer mit einem in dem zylindrischen Körper ausgebildeten Hohlraumabschnitt, wobei das Gehäuse einen an einem unteres Ende davon ausgebildeten Auslass aufweist, um zu ermöglichen, dass überhitzter Dampf dadurch nach außen abgeführt wird; eine Abdeckung, die an einem oberen Ende des Gehäuses angebracht ist und einen Einspritzeinlass aufweist, der an einem oberen Ende davon ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass Dampf hierdurch in das Gehäuse eingespritzt wird; eine Mehrzahl von Abstandshaltemitteln, die im Brennraum des Gehäuses horizontal übereinander gestapelt derart angeordnet sind, dass Abstandshaltemittel von geraden und ungeradzahligen Reihen abwechselnd und äquidistant voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die intervallerhaltenden Mittel aus geraden und ungeradzahligen Reihen unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, um einen Fluidverbindungsdurchgang zwischen der Innenwand der Brennkammer und den intervallerhaltenden Mitteln zu definieren; und eine Vielzahl von Heizmitteln, die vertikal in der Vielzahl von Intervall-Aufrechterhaltungsmitteln derart durchdringend angebracht sind, dass sie an einem Umfangsabschnitt der Intervall-Aufrechterhaltungsmittel äquidistant voneinander beabstandet angeordnet sind, um Wärmefluid, das durch den Fluidkommunikationsdurchgang strömt, zu führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereit- zustellen, überhitzen Dampf für einen Garraum eines Haushalts-Dampfgargeräts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Haushalts-Dampfgargerät, aufweisend einen Garraum und eine außerhalb des Garraums angeordnete SHS-Einrichtung zum Erzeugen von überhitztem Dampf aus Wasser und zum Einleiten des überhitzten Dampfs in den Garraum, wobei die SHS-Einrichtung einen Verdampfer zum Umwandeln von Wasser in Nassdampf, einen dem Verdampfer fluidisch nachgeschalteten Überhitzer zum Umwandeln des Nassdampfs in überhitzen Dampf sowie ein dem Überhitzer fluidisch nachgeschaltetes metallisches und/oder keramisches Anschlussstück zum Leiten des überhitzten Dampfs in den Garraum aufweist und wobei der Überhitzer einen zylinderförmigen Strömungskanal aufweist, an dessen Mantelbereich mindestens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist.
Dieses Dampfgargerät ergibt den Vorteil einer kompakten Bauweise bei gleichzeitig hoher Wärmeübertragung auf den Nassdampf. Dadurch ist es möglich, den überhitzten Dampf auch bei begrenztem Bauraum des Dampfgargeräts auf hohe Temperaturen, z.B. bis zu 600 °C zu erhitzen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Überhitzer eine geringe thermische Trägheit aufweist, so dass die Zeitdauer, die zum Überhitzen des Nassdampfs benötigt wird, sehr kurz ist. Dadurch wiederum kann auf ein Vorheizen des Nassdampfs ganz oder weitgehend verzichtet werden. Daraus wiederum ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Temperatur des überhitzten Dampfs bei Bedarf auch schnell wieder gesenkt werden kann. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit einfachen Miteln vermieden werden kann, dass Nassdampf oder Kondensat in den Garraum gelangt. Noch ein Vorteil des Dampfgargeräts, insbesondere auch durch den zylinderförmigen Strömungskanal, ist, dass eine Volumenausdehnung des Wassers bei der Phasenänderung zu Dampf in dem Verdampfer zu einer widerstandsarmen Durchströmung des Überhitzers führt und somit kein zusätzlicher Lüfter notwendig ist.
Das Haushalts-Dampfgargerät kann ein eigenständiges Dampfgargerät oder ein Kombinationsgerät wie ein Backofen und/oder Mikrowellengerät mit Dampfgarfunktion sein. Der Garraum weist typischerweise eine frontseitige Beschickungsöffnung auf, die mittels einer Tür verschließbar ist, insbesondere dampfdicht verschließbar.
Die SHS ("Super-Heated Steam")-Einrichtung ist eingerichtet zum Erzeugen von überhitztem Dampf aus Wasser und zum Einleiten des überhitzten Dampfs in den Garraum. Der überhitzte Dampf kann auch als Trockendampf bezeichnet werden, da er keine Tröpfchen enthält und somit für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Dagegen entsteht beim Verdampfungsprozess in dem Verdampfer durch Sieden von zugeführtem Wasser zunächst Nassdampf, der typischerweise noch Tröpfchen flüssigen Wassers enthält.
Der Verdampfer weist mindestens ein Heizelement zum Erhitzen von zugeführtem Wasser auf. Das Wasser ist aus einem Wassertank des Dampfgargeräts und/oder über einen Frischwasseranschluss des Dampfgargeräts zuführbar, z.B. über eine Wasserleitung.
Dass dem Verdampfer der Überhitzer fluidisch nachgeschaltet ist, umfasst insbesondere, dass ein Nassdampfauslass des Verdampfers an einen Nassdampfeingang des Überhitzers angeschlossen ist, z.B. über eine Dampfleitung.
Dass dem Überhitzer das Anschlussstück fluidisch nachgeschaltet ist, umfasst insbesondere, dass ein Trockendampfauslass des Überhitzers an einen Trockendampfeingang des Anschlussstücks angeschlossen ist. Ein Trockendampf lass des Anschlussstücks kann z.B. in den Garraum münden.
Der Überhitzer führt dem zugeführten Nassdampf thermische Energie zu, um den Nassdampf über die Siedetemperatur von Wasser (ca. 100 °C) hinaus zu erhitzen.
Dass der Überhitzer einen zylinderförmigen Strömungskanal aufweist, umfasst insbesondere, dass der den Überhitzer durchströmende Dampf weitgehend geradlinig, d.h., bezüglich seiner Strömungsrichtung nicht mehr als einmal um nicht mehr als 90° umgelenkt wird. Der zylinderförmige Strömungskanal ist also insbesondere nicht s-förmig oder mäanderförmig geformt. Insbesondere befinden sich innerhalb des zylinderförmigen Strömungskanals keine die Strömungsrichtung des Dampfs merklich beeinflussende Strukturen wie Scheiben, Platten usw. Durch den zylinderförmigen Strömungskanal wird ein Strömungswiderstand für den durchströmenden Dampf gering gehalten, so dass allein durch den Dampfdruck des in dem Verdampfer erzeugten Nassdampfs ein zum Dampfgaren ausreichend hoher Volumenstrom an überhitztem Dampf erzeugbar ist. Dadurch kann auf das Vorsehen eines Lüfters zum Fördern des Dampfs verzichtet werden, falls gewünscht.
Eine Querschnittsform des zylinderförmigen Strömungskanals ist grundsätzlich beliebig und kann z.B. kreisförmig, oval, eckig (z.B. quadratisch), freiförmig usw. sein.
Dass an dem Mantel be re ich bzw. an der Seitenwand des zylinderförmigen Strömungskanal mindestens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist, kann in einer Weiterbildung umfassen, dass das Heizelement den Mantelbereich kontaktiert. Dies ermöglicht eine besonders effektive Wärmeübertragung. Es ist auch eine Weiterbildung, dass das Heizelement den Mantelbereich nicht kontaktiert, sondern von diesem beabstandet ist. Dies kann beispielsweise von Vorteil sein, um das elektrische Heizelement besonders einfach zu montieren und vermeidet chemische Reaktionen zwischen Mantelbereich und Heizelement.
Es ist eine Weiterbildung, dass das mindestens eine Heizelement des Überhitzers auf einem dampf- und hitzebeständigen Substrat angebracht ist, beispielsweise einem Keramiksubstrat.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Substrat eine - insbesondere zylinderförmige - Wandung des zylinderförmigen Strömungskanals bildet. Es kann insbesondere in diesem Fall als elektrischer und thermischer Isolator dienen. Es ist eine für eine geringe thermische Trägheit und damit schnelle Aufheizung und Abkühlung vorteilhafte Weiterbildung, dass das mindestens eine Heizelement an einer Innenseite des als Wandung dienenden Substrats angeordnet ist, insbesondere innerhalb des zylinderförmigen Strömungskanals angeordnet ist. Jedoch kann das mindestens eine Heizelement grundsätzlich auch an einer Außenseite des als Wandung dienenden Substrats angeordnet sein oder in das Substrat eingebettet sein. Das Substrat kann rohrförmig ausgebildet sein. Um das Substrat kann in einer Weiterbildung Mikanit-Pappe gewickelt bzw. gelegt sein. Der Überhitzer kann ein Metallgehäuse aufweisen, in welches das Substrat mit dem mindestens einen Heizelement und ggf. der Mikanit-Pappe eingesteckt ist.
Dadurch, dass das Anschlussstück aus Metall (z.B. Edelstahl) und/oder Keramik besteht, ist es hochgradig widerstandsfähig gegenüber dem überhitzten Dampf bzw. Trockendampf. Kunststoffschläuche wie Silikonschläuche sind hingegen insbesondere bei hohen Dampftemperaturen von bis zu 600 °C weniger geeignet.
Das Anschlussstück ist möglichst kurz, so dass ein Trockendampfauslass des Überhitzers fluidisch möglichst nah am Garraum angeordnet ist. Dadurch verringert sich vorteilhafterweise der Wärmeverlust des überhitzen Dampfs zwischen Trockendampfauslass und Garraum. Ferner lassen sich so Materialkosten für das Anschlussstück gering halten.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Anschlussstück eine Strömungslänge für den überhitzen Dampf zwischen 0,5 cm und 15 cm aufweist, wobei sich eine Strömungslänge zwischen 1 cm und 5 cm als besonders vorteilhaft herausgestallt hat.
Es ist eine für den Fall, dass ein Durchmesser des Trockendampfauslasses des Überhitzers bzw. ein Trockendampfeinlass des Anschlussstücks einen größeren Durchmesser aufweist als der Trockendampfauslass des Anschlussstücks vorteilhafte Weiterbildung, dass der Strömungskanal des Anschlussstücks sich stufenlos von seinem Einlass zu seinem Auslass verjüngt, z.B. kegelstumpfförmig. Durch diese kontinuierliche Querschnittsanpassung wird der Vorteil erreicht, dass ein dem Strömungsdruck des überhitzen Dampfs im dem Anschlussstück entgegenwirkender Gegendruck besonders gering gehalten wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die SHS-Einrichtung einen Abscheider aufweist, der zwischen Verdampfer und Überhitzer fluidisch angeordnet ist. Dazu kann ein Eingang des Abscheiders mit dem Nassdampfauslass des Verdampfers und ein Auslass des Abscheiders mit dem Nassdampfeinlass des Überhitzers verbunden sein. Der Abscheider dient dazu, in dem Nassdampf befindliche (flüssige) Wassertröpfchen zu entfernen, bevor der Nassdampf in den Überhitzer gelangt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der direkte Kontakt zwischen einem Heizelement des Überhitzers und Wassertröpfchen Korrosion und elektrische Kurzschlüsse verursachen kann. Die Wassertröpfchen können mit dem Dampfstrom mitgerissene, entsalzene Kondensattröpfchen sein und/oder können durch das Sieden aufgeschleuderte, salzhaltige Tröpfchen (sog. "Spucker") sein. Insbesondere die salzhaltigen Tröpfchen können chemisch korrosionsfördernd sein, während beide Arten von Wassertröpfchen auch zu einer Korrosion durch thermischen Schock führen können.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Abscheider ein mechanischer Abscheider ist. Unter einem mechanischen Abscheider kann insbesondere eine Komponente verstanden werden, welches den Nassdampf als solchen durchlässt, während die Wassertröpfchen abgetrennt werden. Dies wird in der Regel durch Umlenkung und der daraus resultierenden Zentrifugalkräfte erreicht. Weiterhin kann vorteilhafterweise die höhere Gravitation der Wassertröpfchen im Vergleich zu dem Dampf genutzt werden. Das abgeschiedene flüssige Wasser kann vorteilhafterweise wieder in den Verdampfer oder in ein anderes Reservoir rückgeführt werden. Eine mögliche Ausbildung des Abscheiders besteht im Vorsehen eines Topfs, in dessen Oberseite der tröpfchenbehaftete Nassdampf von dem Verdampfer eingeleitet und beabstandet dazu der zumindest weitgehend tröpfchenlose Nassdampf zum Überhitzer ausgeleitet wird, insbesondere jeweils in senkrechter Richtung.
Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass der Abscheider ein thermischer Abscheider ist. Unter einem thermischen Abscheider kann insbesondere eine Komponente verstanden werden, die den Nassdampf so weit über die Siedetemperatur aufheizt, dass die Wassertröpfchen verdampfen, aber der Nassdampf noch nicht seine Solltemperatur beim Einleiten in den Garraum erreicht. Der thermische Abscheider kann somit auch als ein Vorerhitzer oder Vor-Übererhitzer angesehen werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass der thermische Abscheider ein eigenständiges Heizelement aufweist. Ein solcher thermischer Abscheider kann z.B. eine beheizte Schlauchmanschette oder einen Durchlauferhitzer (beispielsweise ein Metallrohr mit daran angebrachten, z.B. angeschweißten Rohrheizkörpern) aufweisen oder sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass der thermische Abscheider als ein in Strömungsrichtung des Nassdampfs vor dem mindestens einen Heizelement liegendes Rohr bzw. Rohrabschnitt des Überhitzers ausgebildet ist. Diese Weiterbildung ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine kompakte Ausgestaltung, thermische Ankopplung und Ansteuerung sowie energetisch besonders günstig. Bei dieser Weiterbildung wird das Rohr mittels Wärmeleitung durch die in dem Überhitzer erzeugte Wärme miterwärmt. In das Rohr, das selbst kein Heizelement aufweist, eintretender Nassdampf wird soweit erwärmt, dass die Wassertröpfchen verdampfen und dann unmittelbar in den zylinderförmigen Strömungskanal eintritt, an dessen Mantelbereich mindestens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Das Rohr kann eine vorderseitige Verlängerung des Substrats des Mantelbereichs oder als ein an dem Substrat angebrachtes Rohr aus dazu unterschiedlichem Material ausgebildet sein. Eine ausreichende thermische Entkopplung zu einem den Nassdampf zwischen Verdampfer und Rohr ggf. führenden Kunststoffschlauch, z.B. einem Silikonschlauch, kann zum Beispiel durch einen ausreichenden Abstand zu dem zylinderförmigen Strömungskanal erreicht werden. Dieser Abstand kann z.B. durch eine Wahl einer Rohrlänge eingestellt werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die SHS-Einrichtung einen Verteiler aufweist, der dem Oberhitzer fluidisch vorgeschaltet ist. Dies ergibt den Vorteil, dass Dampf gezielt verteilt in den Überhitzer eintritt, wodurch eine besonders gleichmäßige und effektive Wärmeübertragung auf den Dampf ermöglicht wird. Zudem können so für den Fall, dass die SHS- Einrichtung keinen Abscheider aufweist, möglicherweise vorhandene Wassertröpfchen vorteilhafterweise verkleinert werden, was ihren nachteiligen Effekt auf den zylinderförmigen Strömungskanal, insbesondere das mindestens eine Heizelement, merklich verringert.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Verteiler eine Zerstäuberdüse aufweist oder ist. Diese ist preiswert und robust und lässt sich einfach und kompakt vor dem Überhitzer anordnen, z.B. am Nassdampfeingang des Überhitzers.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Verteiler ein feinmaschiges Netz oder Gitter aufweist oder ist, z.B. der Art, wie es in einem Wasserhahn zu finden ist. Auch dieses ist preiswert und robust und lässt sich einfach und kompakt vor dem Überhitzer anordnet, z.B. am Nassdampfeingang des Überhitzers.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine elektrische Heizelement ein spiralförmig gewickelter Widerstandsheizdraht ist. Dieser ist besonders einfach und preiswert an dem Substrat anbringbar, insbesondere an die Zylinderform des Strömungskanals bzw. des Substrats anpassbar. Der Dampf wird vorteilhafterweise direkt über den Widerstandsheizdraht geführt.
Jedoch sind grundsätzlich auch andere elektrische Heizelemente nutzbar, z.B. Dick- oder Dünnschicht-Heizleiter, welche beispielsweise auf das Substrat aufgedruckt sind. Ferner ist als elektrisches Heizelemente z.B. eine Heizpatrone, einsetzbar. Diese kann beispielsweise in der Mitte des Strömungskanals angeordnet sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Überhitzer so ausgerichtet ist, dass der zylinderförmige Strömungskanal vertikal steht. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn der Überhitzer direkt mit dem Verdampfer verbunden ist (die SHS-Einrichtung also keinen Abscheider oder Verteiler aufweist), weil dann mit dem Nassdampf mitgeführte Wassertröpfchen mit geringerer Wahrscheinlichkeit als bei einer schrägen Ausrichtung an der Innenwand des zylinderförmigen Strömungskanals und dabei ggf. über das mindestens eine Heizelement herablaufen. Sie werden vielmehr mit größerer Wahrscheinlichkeit ohne Wandberührung durch den zylinderförmigen Strömungskanal herabfallen und dabei verdampfen. Jedoch kann der Überhitzer grundsätzlich auch schräg oder sogar horizontal ausgerichtet sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der zylinderförmige Strömungskanal ein geradliniger zylinderförmiger Strömungskanal ist. Ein solcher Strömungskanal ist besonders einfach herstellbar und ermöglicht eine besonders effektive Dampferhitzung. Jedoch kann der Strömungskanal auch in eine Richtung zumindest einfach gekrümmt sein, was ggf. eine Positionierung und Dampfausgabe in den Garraum verbessert. So kann der Strömungskanal auch als kreis- oder ovalsektorförmig ausgebildet sein. Ist der Strömungskanal nicht geradlinige, kann sein Krümmungswinkel insbesondere 90° nicht überschreiten, insbesondere 45° nicht überschreiten, insbesondere 20° nicht überschreiten, insbesondere 10° nicht überschreiten.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die SHS-Einrichtung an einer Rückwand des Garraums angeordnet ist. Ein Vorteil einer solchen Anbringung ist, dass dort ein vergleichsweise hoher Bauraum vorhanden ist, was speziell die Möglichkeit eines einfachen senkrechten Einbaus ergibt. Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens eine der Komponenten der SHS-Einrichtung, insbesondere der Überhitzer und/oder das Anschlussstück, außenseitig von einer Wärmeisolierung umgeben sind, was vorteilhafterwiese hilft, Energie einzusparen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Überhitzer einen Temperatursensor zum Abfühlen einer Temperatur des Überhitzers oder des überhitzen Dampfs aufweist und das Haushalts-Dampfgargerät eine mit dem Temperatursensor datentechnisch gekoppelte Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des überhitzten Dampfs beruhend auf der abgefühlten Temperatur auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Dadurch können eine Gardauer, ein Garergebnis, usw. besonders präzise erreicht werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Sollwert zwischen 101 °C und ca. 600 °C liegt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine in das mindestens eine Heizelement des Überhitzers zum Einstellen der Temperatur des überhitzten Dampfs eingespeiste elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer dem Verdampfer zugeführten elektrischen Leistung einzustellen. So wird der Vorteil erreicht, dass die Heizleistung des Überhitzers auf die Dampfmenge, welche über die dem Verdampfer zugeführte elektrische Leistung einstellbar ist, abgestimmt werden kann, insbesondere um auch bei geänderter Dampfmenge die Soll-Temperatur des überhitzten Dampfs genau zu halten. Dadurch können eine Gardauer, ein Garergebnis, usw. ganz besonders präzise erreicht werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Haushalts-Dampfgargerät dazu eingerichtet ist, den Überhitzer nur dann zu betreiben, wenn der Verdampfer betrieben wird. Dadurch wird erreicht, dass der Überhitzer nur dann betrieben wird, wenn auch Nassdampf durch ihn strömt. Dies wiederum verhindert vorteilhafterweise, dass das mindestens eine Heizelement des Überhitzers überhitzt und Schaden nimmt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Haushalts- Dampfgargeräts mit einer SHS-Einrichtung;
Fig.2 zeigt als Ansicht von hinten die SHS-Einrichtung des Dampfgargeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig.3 zeigt als Ansicht von hinten die SHS-Einrichtung des Dampfgargeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig.4 zeigt als Ansicht von hinten die SHS-Einrichtung des Dampfgargeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
Fig.5 zeigt als Ansicht von hinten die SHS-Einrichtung des Dampfgargeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Haushalts- Dampfgargeräts in Form eines Backofens 1 mit Dampfgarfunktionalität. Der Backofen 1 weist einen Garraum 2 mit frontseitiger Beschickungsöffnung auf, die mittels einer ver- schwenkbaren Ofentür 3 dampfdicht verschließbar ist. Der Garraum 2 ist durch konventionelle Strahlungsheizkörper wie einen Oberhitzeheizkörper 4 und einen Unterhitzeheizkörper 5 heizbar. Die elektrische Leistung der Heizkörper 4, 5 ist über ein Steuereinrichtung 6 einstellbar.
Hinter einer Rückwand 7 einer Garraunwandung bzw. Muffel ist außerhalb des Garraums 2 eine SHS-Einrichtung 8 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, aus Wasser W überhitzten Dampf SHS zu erzeugen und in den Garraum 2 einzuleiten. Die SHS-Einrichtung 8 weist mindestens einen Verdampfer 9 zum Umwandeln des Wassers W in Nassdampf ND und einen dem Verdampfer 9 fluidisch nachgeschalteten Überhitzer 10 zum Umwandeln des Nassdampfs ND in den überhitzen Dampf SHS sowie ein dem Überhitzer 10 fluidisch nachgeschaltetes metallisches und/oder keramisches Anschlussstück 11 zum Leiten des überhitzten Dampfs SHS in den Garraum 2 auf. Das Wasser W wird hier durch einen Wassertank 12 (alternativ direkt über einen Frischwasseranschluss, o. Abb.) bereitgestellt, welcher zum Nachfüllen nutzerseitig entnehmbar oder automatisch über einen Frischwasseranschluss befüllbar ist. Bei Betrieb der SHS-Einrichtung 8 wird aus dem Wassertank 12 in den Verdampfer 9 gefördertes, z.B. gepumptes oder abgeleitetes, Wasser W durch den Verdampfer 9 zum Sieden gebracht, wodurch der Nassdampf ND entsteht, welcher auf Siedetemperatur liegt und Kondensattröpfchen und/oder Spucker mit sich führen kann. Der Nassdampf ND wird durch eine Fluidleitung 13, z.B. einen Silikonschlauch dem Überhitzer 10 zugeführt und dort auf eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von Wasser W zu dem überhitzten Dampf SHS erhitzt, z.B. von bis zu ca. 600 °C. Der von dem Überhitzer 10 ausgegebene überhitzte Dampf SHS wird durch das kurze, z.B. nicht mehr als 1 cm bis 5 cm lange Anschlussstück 11 in den Garraum 2 geleitet.
Der Überhitzer 10 weist hier einen durch geradliniges, insbesondere rohrförmiges Keramiksubstrat gebildeten zylinderförmigen Strömungskanal 15 (siehe Fig.2 bis Fig.5) auf, wobei an einer dem Dampf ND, SHS ausgesetzten Innenseite des Mantelbereichs ein elektrisches Heizelement in Form eines spiralförmig an der Innenseite anliegenden Widerstandsdrahts angeordnet ist. Dies entspricht dem Grundaufbau vieler Heißluftpistolen, wobei hier jedoch nun Dampf und nicht Luft erhitzt wird. Da der Strömungskanal 15 dem Dampf ND, SHS einen nur sehr geringen Strömungswiderstand entgegensetzt, reicht der durch den Verdampfer 9 entwickelte Dampfdruck aus, um einen zum Dampfgaren ausreichend hohen Volumenstrom von überhitztem Dampf SHS mit ausreichender Geschwindigkeit zu erzeugen. Dadurch kann die SHS-Einrichtung 8 lüfterlos ausgebildet werden.
Die Steuereinrichtung 6 ist dazu eingerichtet, einen Betrieb der SHS-Einrichtung 8 zu steuern und kann dazu beispielsweise eine in den Verdampfer 8 und/oder den Überhitzer 10 bzw. dessen Heizelement eingespeiste elektrische Leistung einstellen.
Die Steuereinrichtung 6 ist ferner dazu eingerichtet, eine Temperatur des überhitzten Dampfs SHS auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln, der insbesondere zwischen 101 °C und 600 °C liegen kann. Dazu ist die Steuereinrichtung 6 hier mit einem an dem Überhitzer 10 angeordneten Temperatursensor 14 datentechnisch gekoppelt.
Die Steuereinrichtung 6 ist ferner dazu eingerichtet, eine in das mindestens eine Heizelement des Überhitzers 10 zum Einstellen der Temperatur des überhitzten Dampfs SHS eingespeiste elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer dem Verdampfer 9 zugeführten elektrischen Leistung einzustellen. So können die von dem Verdampfer 9 erzeugte Dampfmenge und die Temperatur des überhitzten Dampfs SHS gezielt variiert und genau eingestellt werden.
Die Steuereinrichtung 6 ist insbesondere auch dazu eingerichtet, den Überhitzer 10 nur dann zu betreiben, z.B. zu bestromen, wenn der Verdampfer 9 betrieben, z.B. bestromt, wird. Dies vermeidet eine Überhitzung und Schädigung des Überhitzers 10. Umgekehrt kann der Verdampfer 9 in einer Weiterbildung auch ohne Betrieb des Überhitzers 10 betrieben werden, z.B. um Nassdampf ND in den Garraum 2 einzuleiten.
Fig.2 zeigt als Ansicht von hinten auf die Rückwand 7 die SHS-Einrichtung 8 des Backofens 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel 8A. Hier ist der Überhitzer 10 so ausgerichtet ist, dass der zylinderförmige Strömungskanal 15 vertikal steht. Eine obere Öffnung des Strömungskanals 15 stellt dabei einen Nassdampfeinlass 16 dar, während eine davon durch den Mantelbereich des zylinderförmigen Strömungskanals getrennte untere Öffnung einen in das Anschlussstück 11 übergehenden Trockendampfauslass 17 darstellt.
Der Nassdampfauslass des Verdampfers 9 ist direkt über die Fluidleitung 13 mit dem Nassdampfeinlass 16 verbunden. Mit dem Nassdampf ND mitgeführte Wassertröpfchen treten von oben in den Strömungskanal 15 des Überhitzers 10 ein und werden in dem Strömungskanal 15 verdampft. Durch die vertikale Ausrichtung des Strömungskanals 15 lässt sich eine Benetzung der Innenseite des Strömungskanals 15 bzw. seiner Mantelfläche und insbesondere des Heizdrahts durch die Wassertröpfchen merklich verringern, was eine Lebensdauer des Überhitzers 10 verlängert.
Fig.3 zeigt als Ansicht von hinten auf die Rückwand 7 die SHS-Einrichtung 8 des Backofens 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel 8B. Um eine schädliche Wirkung von in den Überhitzer 10 eintretenden Wassertröpfchen zu verringern, ist dem Nassdampfeinlass 16 ein Verteiler 18 in Form einer Zerstäuberdüse oder eines feinmaschigen Metallnetzes, z.B. aus Edelstahl, fluidisch vorgeschaltet. Dadurch werden in dem Nassdampf ND mitgeführte Wassertröpfchen verkleinert und gleichmäßiger in dem Nassdampf ND verteilt.
Fig.4 zeigt als Ansicht von hinten auf die Rückwand 7 die SHS-Einrichtung 8 des Backofens 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel 8C. Um einen Eintritt von Wassertröpf- chen in den Überhitzer 10 möglichst weitgehend zu vermeiden, ist dem Strömungskanal 15 ein thermischer Abscheider 19 unmittelbar vorgeschaltet. Dieser kann als rohrförmige Verlängerung des rohrförmigen Keramiksubstrats des Strömungskanals 15 nach hinten bzw. gegen die Strömungsrichtung des Nassdampfs ND ausgebildet sein und weist dann keinen Heizdraht auf. Die Verlängerung wird durch Wärmeleitung von dem mit dem Heizdraht ausgerüsteten rohrförmigen Keramiksubstrat des Strömungskanals 15 aufgeheizt und verdampft Wassertröpfchen, bevor sie in den Bereich des Heizdrahts gelangen.
Fig.5 zeigt als Ansicht von hinten auf die Rückwand 7 die SHS-Einrichtung des Backofens gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel 8D. Um einen Eintritt von Wassertröpfchen in den Überhitzer 10 möglichst weitgehend zu vermeiden, ist dem Strömungskanal 15 ein mechanischer Abscheider 20 vorgeschaltet. Der mechanische Abscheider 20 liegt als ein dampfdichter Topf bzw. Gefäß vor, das in die Fluidleitung 13 eingesetzt ist. Ein an den Nassdampfauslass des Verdampfers 9 angeschlossener Abschnitt der Fluidleitung 13 führt senkrecht in eine Oberseite des Abscheiders 20. Ein an den Nassdampfeinlass 16 des Überhitzers 9 angeschlossener Abschnitt der Fluidleitung 13 führt ebenfalls senkrecht in die Oberseite des Abscheiders 20, aber merklich beabstandet zu dem anderen Abschnitt. Von dem Verdampfer 9 kommender tröpfchenbehafteter Nassdampf tritt somit von oben in den Abscheider 20 ein. Dabei mitgenommene Wassertröpfchen treffen durch ihren Impuls sowie ihr Gewicht auf den Boden und die Seitenwände des Gefäßes und werden damit aus dem Nassdampf ND abgeschieden. Der tröpfchenlose Nassdampf ND selbst wird aufgrund des Dampfdrucks in dem Abscheider 20 durch den an den Nassdampfeinlass 16 des Überhitzers 9 angeschlossenen Abschnitt der Fluidleitung 13 zum Überhitzer 10 weitergeführt. Das sich am Boden ansammelnde flüssige Wasser kann in einer Weiterbildung wieder in den Verdampfer 9 oder in ein anderes Reservoir rückgeführt werden.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Backofen
2 Garraum
3 Ofentür
4 Oberhitzeheizkörper
5 Unterhitzeheizkörper
6 Steuereinrichtung
7 Rückwand
8 SHS-Einrichtung
8A-8D Varianten der SHS-Einrichtung
9 Verdampfer
10 Überhitzer
11 Anschlussstück
12 Wassertank
13 Fluidleitung
14 Temperatursensor
15 Strömungskanal
16 Nassdampfeinlass
17 T rockendampfauslass
18 Verteiler
19 Thermischer Abscheider
20 Mechanischer Abscheider
ND Nassdampf
SHS Überhitzter Dampf
W Wasser

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Haushalts-Dampfgargerät (1), aufweisend einen Garraum (2) und eine außerhalb des Garraums (2) angeordnete SHS-Einrichtung (8, 8A-8D) zum Erzeugen von überhitztem Dampf (SHS) aus Wasser (W) und zum Einleiten des überhitzten Dampfs (SHS) in den Garraum (2), wobei
- die SHS-Einrichtung (8, 8A-8D) einen Verdampfer (9) zum Umwandeln von Wasser (W) in Nassdampf (ND), einen dem Verdampfer (9) fluidisch nachgeschalteten Überhitzer (10) zum Umwandeln des Nassdampfs (ND) in überhitzen Dampf sowie ein dem Überhitzer (10) fluidisch nachgeschaltetes metallisches und/oder keramisches Anschlussstück (11) zum Leiten des überhitzten Dampfs (SHS) in den Garraum (2) aufweist und wobei
- der Überhitzer (10) einen zylinderförmigen Strömungskanal (15) aufweist, an dessen Mantelbereich mindestens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist.
2. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach Anspruch 1 , wobei die SHS-Einrichtung (8, 80- 8D) einen Abscheider (19, 20) aufweist, der zwischen dem Verdampfer (9) und dem Überhitzer (10) fluidisch angeordnet ist.
3. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach Anspruch 2, wobei der Abscheider (20) ein mechanischer Abscheider ist.
4. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei der Abscheider (19) ein thermischer Abscheider ist.
5. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die SHS-Einrichtung (8, 8B) einen Verteiler (18) aufweist, der dem Überhitzer (10) fluidisch vorgeschaltet ist.
6. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach Anspruch 5, wobei der Verteiler (18) eine Düse, insbesondere Zerstäuberdüse, aufweist.
7. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach Anspruch 5, wobei der Verteiler (18) ein Netz, insbesondere Metallnetz, aufweist. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine elektrische Heizelement ein spiralförmig gewickelter Widerstandsheizdraht ist. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Überhitzer (10) so ausgerichtet ist, dass der zylinderförmige Strömungskanal (15) vertikal steht. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zylinderförmige Strömungskanal (15) ein geradliniger zylinderförmiger Strömungskanal ist. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die SHS-Einrichtung (8, 8A-8D) an einer Rückwand (7) des Garraums (2) angeordnet ist. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Überhitzer (10) einen Temperatursensor (15) zum Abfühlen einer Temperatur des Überhitzers (10) oder des überhitzen Dampfs (SHS) aufweist und
- das Haushalts-Dampfgargerät (1) eine mit dem Temperatursensor (15) datentechnisch gekoppelte Steuereinheit (6) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des überhitzten Dampfs (SHS) beruhend auf der abgefühlten Temperatur auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach Anspruch 12, wobei der Sollwert zwischen 101 °C und 600 °C liegt. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, eine in das mindestens eine Heizelement des Überhitzers (10) zum Einstellen der Temperatur des überhitzten Dampfs (SHS) eingespeiste elektrische Leistung in Abhängigkeit von einer dem Verdampfer (9) zugeführten elektrischen Leistung einzustellen.
15. Haushalts-Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, den Überhitzer (10) nur dann zu betreiben, wenn der Verdampfer (9) betrieben wird.
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