WO2024046648A1 - Heizeinrichtung zum erhitzen von flüssigkeit und verfahren zum betrieb einer heizeinrichtung - Google Patents

Heizeinrichtung zum erhitzen von flüssigkeit und verfahren zum betrieb einer heizeinrichtung Download PDF

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steam
heater
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Gerd Krüger
Wolfgang Thimm
Uwe Schaumann
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E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a heating device for heating liquid, in particular for generating steam.
  • the invention further relates to methods for operating such a heating device.
  • a heating device is known with which water can be heated.
  • a closed water pipe runs in a helical shape around a heater so that the water is heated by the heater as it flows through.
  • the invention is based on the object of creating a heating device mentioned at the beginning and a method mentioned at the beginning for operating such a heating device, with which problems of the prior art can be solved and in particular it is possible to design a heating device in a safe and practical manner and to liquid as quickly as possible to be able to heat or to be able to generate steam.
  • the heating device is intended to be used to heat liquid or water and in particular to generate steam, having an elongated outer housing which has an outer jacket wall and an inner volume.
  • a lid and a base are also advantageously provided. It has an elongated outer housing, advantageously vertically oriented or extending vertically, which has an outer jacket wall and an inner volume.
  • An elongated heater is arranged in the inner volume, preferably arranged centrally, which is at a distance from the outer jacket wall. In this way, additional space can be created for the liquid to be heated in order to heat it further using the heater.
  • To the A liquid line runs around the heater, advantageously with turns in the form of a helical line or in a meandering shape, the liquid line preferably being closed.
  • a liquid inlet is provided into the liquid pipe from outside the outer casing at a lower end portion of the liquid pipe.
  • a liquid outlet from the liquid line into the internal volume is provided at an upper end portion of the liquid line, this liquid outlet being arranged below an upper end of the heater. This allows the heater to further heat the area above the liquid outlet.
  • There is a distance from the casing wall on the outside around the arrangement of the liquid line this distance preferably being between 0.1 mm and 10 mm, in particular between 2 mm and 5 mm. Within this distance there may be liquid that has exited the liquid line heated to the liquid outlet and can be heated further here by the heater.
  • a steam line which is preferably closed, runs at the upper end of the heater around the heater in the form of a helix with at least half a turn, advantageously with at least one full turn.
  • a steam inlet from the inner volume into the steam line is provided at the lower end of the steam line.
  • a steam outlet from the steam line arranged above it runs out of the outer housing.
  • the vapor inlet is arranged above the liquid outlet in a direction along the longitudinal direction of the outer housing, advantageously at least 1 cm above. This allows the liquid to enter the liquid inlet and then be heated by the heater first within the liquid line as it spirals around the heater and rises upward.
  • the liquid heated to a first temperature exits the liquid line and flows into the area outside the liquid line, i.e. into the distance between the liquid line and the jacket wall.
  • the liquid level may be slightly above the liquid outlet, for example 0.5 cm to 2 cm.
  • the liquid is then so hot that a certain or large part evaporates and enters the steam inlet arranged above it and thus reaches the steam line, which can advantageously be designed like the liquid line, particularly advantageously also helically shaped.
  • the steam runs around the heater and is heated even further, for example to 95°C to 100°C.
  • the steam heated in this way exits the steam outlet from the outer housing and thus from the heating device, whereby it can be introduced into a steamer, for example.
  • the outer housing can be cylindrical and elongated. It can additionally or alternatively have a round or circular or rectangular cross-section have, in particular square cross section.
  • the inner volume can be essentially round-cylindrical or cuboid.
  • the outer shape of the heater can be cylindrical, in particular round-cylindrical or circular-cylindrical, advantageously corresponding to the shape of the outer housing.
  • the liquid line can have turns running all the way around, i.e. around the heater. In this way, good heat transfer can be achieved.
  • the liquid line can run in turns in the form of a helical line, preferably in the form of a uniform helical line.
  • the turns of the liquid line should be a short distance apart from one another along the longitudinal direction of the heater or should even rest against one another. This also allows the length of the water path along the heater to be maximized.
  • the liquid line in particular the steam line, can have a round or circular internal cross section.
  • the lines can have a cross section that consists of a rectangle towards the heater that is rounded towards the outside. This can preferably be by means of a general curve or a semicircle.
  • the liquid line and/or the steam line can also have an external cross section with the same shape.
  • the wall of the cables should be relatively thin, preferably between 0.1 mm and 3 mm.
  • An inner housing for the heater is advantageously provided so that the heater is not directly exposed or comes into contact with water.
  • the inner housing can run centrally in the inner volume.
  • the heater is then arranged in the inner housing, preferably completely filling the inner housing or resting flush against an inner wall of the inner housing.
  • the inner housing advantageously has a shape corresponding to the heater, and particularly advantageously also has a round-cylindrical cross-section.
  • the liquid line preferably also the steam line
  • the liquid line can rest directly on the outside of the inner housing or on an outside of the inner housing or run along the outside.
  • the distance to the heater is minimal, which ensures particularly good heat transfer.
  • the liquid line can be connected in one piece and in one piece to the inner housing in such a way that, at least in some areas, a wall of the inner housing forms. This also saves material and improves heat transfer.
  • a first option for this is plastic injection molding or assembly, in particular gluing, of several parts.
  • a second option is to produce the inner housing and the liquid line in one piece, in particular using additive manufacturing processes or advantageously using 3D printing processes.
  • the inner housing and the liquid line can be manufactured in one piece with the outer housing and in particular also with the steam line, preferably using 3D printing processes. This makes very good integration possible even with complicated shapes and thin wall thicknesses.
  • the liquid line advantageously runs from the lower end of the internal volume screwed upwards and in turns in the form of a helical line.
  • the liquid outlet may be located above half the vertical height of the internal volume, preferably between 50% and 90% of the vertical height of the internal volume.
  • the inner housing with the heater therein is exposed in a free area between the liquid outlet from the liquid line and the steam inlet into the steam line.
  • the clearance area can be between 5% and 20% of the vertical height of the internal volume. Water can escape here at an elevated temperature, although it does not necessarily have to be so hot that significant amounts of steam form.
  • a steam inlet may be located at least 1 cm along the longitudinal direction of the outer casing above the liquid outlet so that the water level or surface can lie therebetween.
  • a gap between the liquid line or its radially outer region and the jacket wall can be provided or run all the way around and continuously from bottom to top up to the liquid outlet from the liquid line.
  • This gap can not only serve to further heat up any water present here that has escaped from the liquid line to the liquid outlet.
  • this space can be designed as a lime trap for precipitating ingredients from the liquid, in particular lime from water as a liquid. In this way, lime, the formation or precipitation of which can hardly be avoided when water is heated, can be collected in a harmless manner. Then it doesn't block the lines.
  • An outlet from the outer housing can optionally be provided at the bottom of the gap, which can be closed and opened to remove the collected Precipitated ingredients or lime from the intermediate space and from the outer housing.
  • Other larger contaminants that could be present in the water can also be collected here and, if necessary, removed.
  • the steam line can run around the heater with at least one complete turn, whereby the steam can be further heated by the heater running therein or within.
  • the steam line can have a maximum of three complete turns. The required vertical height is not too large for a compact size of the heating device, and at the same time a further heating of around 5°C to 10°C can take place.
  • the outer housing and/or the liquid line and/or the steam line, in particular the inner housing can be made of food-safe plastic.
  • the plastic is also preferably temperature-resistant, especially for the liquid line, which runs relatively close to the heater and is therefore exposed to the highest temperatures.
  • the plastic should be permanently temperature-resistant up to a temperature of over 200°C or even up to 300°C or 350°C.
  • the inner housing should also be made of temperature-resistant plastic, as the heater reaches the highest temperature.
  • a temperature sensor can be provided on the outer housing or on the heating device, which can in particular be designed as an overtemperature switch. This means that it can, so to speak, automatically switch off when temperatures are too high to protect the heating device.
  • the temperature sensor can be arranged on the outside of the outer housing so that it can be easily attached, for example clipped or screwed on. Then no opening in the outer housing is required.
  • the outer housing can have a sensor opening through which a sensor can reach into the interior or is inserted. An electrical connection is then preferably made from outside.
  • Such an overtemperature switch can simply be designed as a bimetal switch. Alternatively, it can be a temperature sensor that can be evaluated electronically.
  • a sensor for measuring the water level could also be attached, with which a water level can be monitored and regulated according to a method according to the invention.
  • at least one area of an inside of the liquid line preferably in an upper end area up to the liquid outlet from the liquid line, is provided with elevations and/or depressions on this inside. These elevations and/or depressions can serve as so-called boundary layer breakers, which are intended to prevent lime from the heated water within the pipe from precipitating and settling on the inside.
  • boundary layer breakers which are intended to prevent lime from the heated water within the pipe from precipitating and settling on the inside.
  • the elevations or depressions can be provided in a regular arrangement, in particular with a height or depth between 0.1 mm and 5 mm or 1% to 20% of the diameter of the line. They are advantageously spaced apart from one another or formed individually, preferably at regular intervals. Their distance from each other can be 1 mm to 5 mm or up to 10 mm. They can in particular be designed as cones, pyramids, truncated cones or truncated pyramids or corresponding depressions.
  • liquid inlet and the steam outlet can be provided on the same side of the outer housing, which makes the connections simpler. This can be in particular on a front facing forward, and the aforementioned temperature sensor or switch can also be provided in particular on this front. Then all connections are easily accessible.
  • the inner housing is advantageously designed to be open at the bottom so that the heater can be inserted from below. Heater electrical connections may protrude downwards from the outer housing. Then the heater is not exposed to water or protected from it.
  • a waterproof design can be simplified by the inner housing being tightly connected to the rest of the heating device.
  • liquid can be introduced through the liquid inlet into the heating device and into the liquid line, advantageously by pumping or through a water line from an elevated water tank.
  • the liquid can be guided past the heating device through the liquid line for heating.
  • the liquid is brought from the liquid outlet into the aforementioned space between the liquid line and the jacket wall.
  • ingredients are precipitated out of the liquid line in the aforementioned manner, in particular lime, which sink into the gap and are collected at the bottom and can be removed if necessary.
  • a filling level of the liquid can be maintained between the liquid outlet and the steam inlet.
  • the liquid inlet can be connected by means of a liquid line to a separate liquid supply or water tank, in which the liquid is kept at the level desired for the heating device. This can preferably be done in a sensor-controlled manner.
  • a fill level of the liquid in the heating device or in the internal volume itself can be monitored by means of a sensor, so that control can be achieved to a predetermined fill level.
  • FIG. 1 shows a slightly oblique sectional view of a heating device according to the invention with helical lines around a heater
  • FIG. 2 shows an oblique external view of the heating device from FIG. 1,
  • Fig. 3 is an enlarged sectional view of a part of a water pipe with elevations on an inside
  • Fig. 4 is a representation of part of the helical water pipe.
  • the heating device 11 has a cuboid, angular outer housing 13, which could also have, for example, a round and circular cross-section instead of a rectangular or square cross-section.
  • the outer housing 13 is from a jacket wall 14 is formed, which has a side screw eyelet 15a at the bottom and an upper screw eyelet 15b at the top on the other side, which are directly molded on.
  • the heating device 11 can thus be fastened in a household appliance, for example a steamer or the like.
  • the outer housing 13 has an integrally formed cover 16 at the top, which is completely closed. At the bottom, the outer housing 13 has a base 18 which has a central round base opening 19.
  • the outer housing 13 is advantageously manufactured in one piece, either by plastic injection molding or, particularly advantageously, by means of 3D printing. Manufacturing using 3D printing has the great advantage that additional components or parts can be formed in the same manufacturing step, as will be explained in more detail below. This can also be used to produce very complicated shapes that could not be produced using plastic injection molding.
  • the outer housing 13 has an inner volume 20.
  • An inner housing 22 runs centrally in this, concentrically from the bottom opening 19 upwards to the cover 16. This is also advantageously manufactured in one piece and in one step with the outer housing 13.
  • the inner housing 22 is formed by an inner wall 23 which is relatively thin.
  • a water pipe 25 runs in a helical shape around the inner housing 22, essentially starting from the top of the base 18. The individual turns of the water pipe 25 lie directly against one another when viewed in the longitudinal direction. This can be seen at the upper end of the water pipe 25 at the water outlet 28.
  • the cross section of this water pipe 25 is rectangular or angular and U-shaped starting from the inner housing 22.
  • the cross section of the water pipe 25 is completed by a semicircle with a radius corresponding to half the height of a turn.
  • a corresponding water inlet 26 is provided at the bottom at the beginning of the water pipe 25, see also Fig. 2 with the water inlet 26 directed to the outside.
  • Water can therefore flow into the water pipe 25 to the water inlet 26 and then runs upwards in a helical shape around the inner housing 22. It is heated by a heater 46 inserted into the inner housing 22 and exits heated at the top of the water outlet 28, for example at a temperature of 70 ° C to 85 ° C.
  • the gap 34 there is a gap 34 between the radial outer sides of the water pipe 25 and the jacket wall 14 of the outer housing 13. This can be seen particularly well on the left side and can be, for example, 0.1 mm to 5 mm wide, advantageously around 1.5 mm to 3 mm.
  • This space 34 is filled with the heated water coming from the water outlet 28 from above.
  • the gap 34 has the one advantage that lime precipitated by heating can trickle down and collect on the floor 18. There it can either be removed in a targeted manner, for example through a separate opening at the bottom through the jacket wall 14 or in the floor 18. Alternatively, lime can accumulate here and can then be very easily removed at longer intervals using descaling agents.
  • this gap 34 can also be dimensioned so that limescale can accumulate over the planned service life of the heating device 11 without impairing the function.
  • the other function of the gap 34 is that water collected here is further heated by a few degrees Celsius more than it has when it emerges from the water outlet 28.
  • a steam line 40 begins with a steam inlet 41.
  • This steam line 40 also runs helically in corresponding turns around the inner housing 22 and opens into a steam outlet 43 from the outer housing 13 at the top, see also FIG. 2.
  • the steam line 40 can have between half and two to four turns. In the exemplary embodiment shown here there are just under two turns.
  • a water level during operation of the heating device 11 for generating steam is in this free area 38, for example approximately halfway between the water outlet 28 and the steam inlet 41. The steam rising from the water level or the water surface enters the steam inlet 41 and then runs along the corresponding number of turns before it emerges from the steam outlet 43.
  • This winding steam line 40 has the advantage that, due to the flow speed of the steam, small water droplets are, so to speak, thrown out of the steam within the steam line and are deposited on the inside of the steam line 40. Then they can run down and drip out to the steam inlet 41 and down into the water in the open area 38. Furthermore, here in this free area 38 the water level can be kept reasonably well at a desired height, whereby a reasonably continuous and manageable steam production can be achieved. Furthermore, the gap 34, which acts as a lime trap, also ensures that no lime particles or lime components can escape to the steam outlet 43, so that calcification in the subsequent steam flow can be prevented.
  • the heater 46 is inserted from below through the bottom opening 19 into the inner housing 22. It can be designed as a so-called heating cartridge and, for example, a tubular heater In any case it is a so-called contact heater and a resistance heater that is electrically operated. Two connecting lines 47 protrude from the bottom, see also Fig. 2. Since the inner housing 22 on the cover 16 is made in one piece and waterproof, no leakage problems can arise at the top. A corresponding temperature-resistant seal is provided at the bottom of the bottom opening 19, for example made of silicone or Teflon.
  • a temperature switch 49 is provided on a front side of the outer housing 13 on the jacket wall 14.
  • This can be a known bimetal switch that switches off at a certain temperature, which has been determined as the maximum temperature for the heating device 11. However, this is advantageously provided as an emergency measure and not to regulate the heater 46 to a specific temperature.
  • an opening can be provided in the jacket wall 14 approximately at the free area 38 or at a point where a water level is desired.
  • a water level sensor can be inserted through this opening or attached here, which can monitor the water level in different ways. This can be done optically, alternatively via conductivity sensors or the like.
  • the water supply can be adjusted so that the water level can always be kept approximately at the desired level when steam is generated and the steam flows out. If too little water were to flow in, there would be a risk that the water level would drop below the water outlet 28, possibly significantly below it. Then the steam generation would be too low, since there would only be a small water surface due to the very narrow gap 34.
  • the upper area of the water pipe 25 could become too hot because it is no longer cooled by the surrounding water or can no longer give off its heat to the surrounding water.
  • water inlet 26 is connected by means of a pipe to a water tank which is arranged at approximately the same height as the heating device 11. So the water level in this can Water tank can then be kept at the desired water level for the heating device 11 during operation due to the communicating tubes. In this water tank, the water level can then be controlled much more easily and maintained at the desired level due to the manageable conditions.
  • FIGS. 3 and 4 An idealized water pipe 125 is shown here, which has a circular cross section, i.e. different from the heating device 11 according to FIG .
  • These elevations 132 serve as so-called boundary layer breakers, which can reduce or even completely avoid the precipitation of lime when water flows within the water pipe 125. The lime then only falls out after it emerges from the water outlet 28, but can then easily be collected at the bottom 18.
  • These corresponding elevations 132 can also be seen in the water pipe 125 shown in a longer helical shape according to FIG. 4.
  • the exact shape of these surveys 132 can also vary. In addition to a round truncated cone shape, angular truncated pyramids can also be provided.
  • a distance of the water level should advantageously be at least 0.5 cm above the water outlet 28. Similarly, it should be at least 0.5 cm below the steam inlet 41.
  • the water pipe 25 does not run helically around the inner housing 22 in the inner volume 20, but in a different form. For example, this could be done in a meander shape with approximately horizontal loops and 180° bends. Alternatively, these loops could also run parallel to one another in the vertical direction.
  • the advantage of the helical shape is that the water flows along here most evenly and always with the same proportion of gravity, so that lime that has precipitated in the water pipe can be carried along as well as possible and can escape to the water outlet 28.

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Abstract

Eine Heizeinrichtung zum Erhitzen von Wasser zum Erzeugen von Dampf weist ein Außengehäuse mit einer äußeren Mantelwand und einem Innenvolumen auf. In dem Innenvolumen ist ein Heizer mit Abstand zur Mantelwand angeordnet, wobei um den Heizer herum eine Flüssigkeitsleitung in Schraubenlinienform verläuft, die einen Abstand zu der Mantelwand aufweist, wodurch ein umlaufender Zwischenraum gegeben ist. Am oberen Ende des Heizers verläuft eine Dampfleitung um diesen herum mit mindestens einer halben Windung, die einen Dampfeinlass aufweist, der über einem Flüssigkeitsauslass der Flüssigkeitsleitung angeordnet ist. Ein Dampfauslass der Dampfleitung führt aus dem Außengehäuse heraus.

Description

Heizeinrichtunq zum Erhitzen von Flüssigkeit und Verfahren zum Betrieb einer Heizeinrichtunq
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeit, insbesondere auch zum Erzeugen von Dampf. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zum Betrieb einer solchen Heizeinrichtung.
Aus der DE 102014206592 A1 ist eine Heizeinrichtung bekannt, mit der Wasser erhitzt werden kann. Eine geschlossene Wasserleitung verläuft dabei in Schraubenlinienform um einen Heizer herum, so dass das Wasser im Durchlauf vom Heizer erhitzt wird.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizeinrichtung sowie ein eingangs genanntes Verfahren zum Betrieb einer solchen Heizeinrichtung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Heizeinrichtung sicher und praxistauglich auszugestalten und Flüssigkeit möglichst schnell erhitzen zu können bzw. auch Dampf erzeugen zu können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 22 und 23. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Heizeinrichtung selbst oder nur für das Verfahren zu ihrem Betrieb erläutert. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Heizeinrichtung als auch für das Verfahren selbständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Heizeinrichtung soll zum Erhitzen von Flüssigkeit bzw. Wasser und insbesondere zum Erzeugen von Dampf dienen, wobei sie ein längliches Außengehäuse aufweist, das eine äußere Mantelwand und ein Innenvolumen aufweist. Vorteilhaft sind auch ein Deckel und ein Boden vorgesehen. Sie weist ein längliches Außengehäuse auf, vorteilhaft vertikal ausgerichtet bzw. vertikal erstreckt, das eine äußere Mantelwand und ein Innenvolumen aufweist. In dem Innenvolumen ist ein länglicher Heizer angeordnet, vorzugsweise mittig angeordnet, der zu der äußeren Mantelwand einen Abstand aufweist. So kann zusätzlich Raum geschaffen werden für die zu erhitzende Flüssigkeit, um sie darin mittels des Heizers noch weiter zu erhitzen. Um den Heizer herum verläuft eine Flüssigkeitsleitung, vorteilhaft mit Windungen in Form einer Schraubenlinie oder in Mäanderform, wobei vorzugsweise die Flüssigkeitsleitung geschlossen ist. Ein Flüssigkeitseinlass ist von außerhalb des Außengehäuses in die Flüssigkeitsleitung an einem unteren Endbereich der Flüssigkeitsleitung vorgesehen. Ein Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung in das Innenvolumen ist an einem oberen Endbereich der Flüssigkeitsleitung vorgesehen, wobei dieser Flüssigkeitsauslass unterhalb eines oberen Endes des Heizers angeordnet ist. So kann der Heizer den Bereich über dem Flüssigkeitsauslass noch weiter beheizen. Außen um die Anordnung der Flüssigkeitsleitung herum ist ein Abstand zu der Mantelwand gegeben, wobei vorzugsweise dieser Abstand zwischen 0,1 mm und 10 mm betragen kann, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm. Innerhalb dieses Abstands kann Flüssigkeit vorhanden sein, die erhitzt zum Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung ausgetreten ist und hier vom Heizer noch weiter erhitzt werden kann.
Erfindungsgemäß verläuft am oberen Ende des Heizers eine Dampfleitung, die vorzugsweise geschlossen ist, um den Heizer herum in Form einer Schraubenlinie mit mindestens einer halben Windung, vorteilhaft mit mindestens einer ganzen Windung. Am unteren Endbereich der Dampfleitung ist ein Dampfeinlass vom Innenvolumen in die Dampfleitung vorgesehen. Ein darüber angeordneter Dampfauslass aus der Dampfleitung läuft aus dem Außengehäuse heraus. Der Dampfeinlass ist in Richtung entlang der Längsrichtung des Außengehäuses über dem Flüssigkeitsauslass angeordnet, vorteilhaft mindestens 1 cm darüber. So kann die Flüssigkeit zum Flüssigkeitseinlass eintreten und dann von dem Heizer zuerst innerhalb der Flüssigkeitsleitung erhitzt werden, während sie schraubenlinienförmig um den Heizer umläuft und nach oben steigt. Zum Flüssigkeitsauslass tritt die auf eine erste Temperatur erhitzte Flüssigkeit, beispielsweise 70°C bis 80°C erhitzt, aus der Flüssigkeitsleitung aus und strömt in den Bereich außerhalb der Flüssigkeitsleitung, also in den Abstand zwischen Flüssigkeitsleitung und Mantelwand. Der Flüssigkeitsstand kann etwas über dem Flüssigkeitsauslass liegen, beispielsweise 0,5 cm bis 2 cm. Dort ist die Flüssigkeit dann so heiß, dass ein gewisser bzw. großer Teil verdampft und in den darüber angeordneten Dampfeinlass eintritt und somit in die ebenfalls Dampfleitung gelangt, die vorteilhaft wie die Flüssigkeitsleitung ausgebildet sein kann, besonders vorteilhaft ebenfalls schraubenlinienförmig. In dieser Dampfleitung läuft der Dampf um den Heizer herum und wird nochmals stärker erhitzt, beispielsweise auf 95°C bis 100°C. Der so erhitzte Dampf tritt zum Dampfauslass aus dem Außengehäuse und somit aus der Heizeinrichtung aus, wobei er beispielsweise in einen Dampfgarer eingeleitet werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Außengehäuse zylindrisch sein und langgestreckt sein. Es kann zusätzlich oder alternativ runden bzw. kreisrunden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, insbesondere quadratischen Querschnitt. Das Innenvolumen kann im Wesentlichen rundzylindrisch oder quaderförmig sein.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Außenform des Heizers zylindrisch sein, insbesondere rundzylindrisch bzw. kreisrundzylindrisch, vorteilhaft entsprechend der Form des Außengehäuses. Dadurch kann ein in etwa gleichmäßiger Abstand zwischen Heizer und Außengehäuse gegeben sein. Vorzugsweise kann die Flüssigkeitsleitung rundum laufende Windungen aufweisen, also um den Heizer herum. So kann ein guter Wärmeübergang realisiert werden.
Besonders vorteilhaft kann die Flüssigkeitsleitung in Windungen in Form einer Schraubenlinie verlaufen, vorzugsweise in Form einer gleichmäßigen Schraubenlinie. Dabei sollten die Windungen der Flüssigkeitsleitung entlang der Längsrichtung des Heizers geringen Abstand zueinander haben oder sogar aneinander anliegen. So kann auch die Länge des Wasserwegs entlang des Heizers maximiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Flüssigkeitsleitung, insbesondere auch die Dampfleitung, einen runden oder kreisrunden Innenquerschnitt aufweisen. Alternativ können die Leitungen einen Querschnitt aufweisen, der zum Heizer hin aus einem Rechteck besteht, das zu einer Außenseite hin abgerundet ausgebildet ist. Dies kann vorzugsweise mittels einer allgemeinen Rundung oder eines Halbkreises sein. Dabei kann die Flüssigkeitsleitung und/oder die Dampfleitung auch einen Außenquerschnitt mit derselben Form haben. Eine Wandung der Leitungen sollte relativ dünn sein, vorteilhaft zwischen 0,1 mm und 3 mm.
Vorteilhaft ist ein Innengehäuse für den Heizer vorgesehen, so dass der Heizer nicht direkt freiliegt bzw. mit Wasser in Kontakt kommt. Dabei kann das Innengehäuse mittig in dem Innenvolumen verlaufen. Der Heizer ist dann in dem Innengehäuse angeordnet, wobei er vorzugsweise das Innengehäuse voll ausfüllt bzw. bündig an einer Innenwandung des Innengehäuses anliegt. Das Innengehäuse weist vorteilhaft eine Form entsprechend dem Heizer auf, wobei es besonders vorteilhaft auch rundzylindrischen Querschnitt aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann die Flüssigkeitsleitung, vorzugsweise auch die Dampfleitung, direkt außen an dem Innengehäuse bzw. an einer Außenseite des Innengehäuses anliegen oder entlang der Außenseite verlaufen. So ist ein Abstand zu dem Heizer minimal, was für eine besonders gute Wärmeübertragung sorgt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Flüssigkeitsleitung derart einstückig und einteilig mit dem Innengehäuse verbunden sein, dass zumindest bereichsweise eine Wandung des Innengehäuses bildet. Auch dies spart Material ein und verbessert die Wärmeübertragung. Hierfür bietet sich als eine erste Möglichkeit ein Kunststoffspritzen oder ein Zusammenbau, insbesondere Verkleben, aus mehreren Teilen an. Als eine zweite Möglichkeit bietet sich an, das Innengehäuse und die Flüssigkeitsleitung in einem Stück herzustellen, insbesondere mittels additivem Fertigungsverfahren bzw. vorteilhaft mittels 3D-Druckverfahren. So können das Innengehäuse und die Flüssigkeitsleitung mit dem Außengehäuse und insbesondere auch mit der Dampfleitung in einem Stück hergestellt werden, vorzugsweise mittels 3D-Druckverfahren. Damit ist eine sehr gute Integration auch mit komplizierten Formen und dünnen Wandstärken möglich.
Vorteilhaft verläuft die Flüssigkeitsleitung von dem unteren Ende des Innenvolumens nach oben geschraubt und in Windungen in Form einer Schraubenlinie. Der Flüssigkeitsauslass kann oberhalb der halben vertikalen Höhe des Innenvolumens angeordnet sein, vorzugsweise zwischen 50 % und 90 % der vertikalen Höhe des Innenvolumens.
Es kann vorgesehen sein, dass das Innengehäuse mit dem Heizer darin in einem Freibereich zwischen dem Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung und dem Dampfeinlass in die Dampfleitung freiliegt. Der Freibereich kann zwischen 5 % und 20 % der vertikalen Höhe des Innenvolumens betragen. Hier kann Wasser mit erhöhter Temperatur austreten, wobei es noch nicht zwingend so heiß sein muss, dass sich nennenswerte Mengen an Dampf bilden. Ein Dampfeinlass kann mindestens 1 cm entlang der Längsrichtung des Außengehäuses über dem Flüssigkeitsauslass angeordnet sein, so dass dazwischen der Wasserpegel bzw. die Wasseroberfläche liegen kann.
In Ausgestaltung der Erfindung kann ein Zwischenraum zwischen der Flüssigkeitsleitung bzw. deren radial äußerem Bereich und der Mantelwand umlaufend und durchgängig von unten nach oben bis zu dem Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung vorgesehen sein bzw. verlaufen. Dabei kann dieser Zwischenraum nicht nur dazu dienen, dass hier vorhandenes Wasser, das zum Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung ausgetreten ist, weiter aufgeheizt werden kann. Zusätzlich kann dieser Zwischenraum als Kalkfalle ausgebildet sein zum Ausfällen von Inhaltsstoffen aus der Flüssigkeit, insbesondere von Kalk aus Wasser als Flüssigkeit. So kann Kalk, dessen Entstehen bzw. Ausfällen beim Erhitzen von Wasser kaum vermieden werden kann, auf unschädliche Weise gesammelt werden. Er setzt dann nicht die Leitungen zu. Dabei kann optional unten in dem Zwischenraum ein Auslass aus dem Außengehäuse vorgesehen sein, der verschlossen und geöffnet werden kann zum Entfernen der gesammelten ausgefällten Inhaltsstoffe bzw. des Kalks aus dem Zwischenraum und aus dem Außengehäuse. Auch andere gröbere Verunreinigungen, die im Wasser vorhanden sein könnten, können hier gesammelt und ggf. auch entfernt werden.
Für die Dampfleitung kann bevorzugt vorgesehen sein, dass sie mit mindestens einer vollständigen Windung um den Heizer herum umläuft, wodurch der Dampf von dem darin oder innerhalb verlaufenden Heizer weiter aufgeheizt werden kann. Dabei kann die Dampfleitung maximal mit drei vollständigen Windungen umlaufen. So ist die benötigte vertikale Höhe nicht zu groß für eine kompakte Baugröße der Heizeinrichtung, gleichzeitig kann ein weiteres Aufheizen um etwa 5°C bis 10°C erfolgen.
In Ausgestaltung der Erfindung können das Außengehäuse und/oder die Flüssigkeitsleitung und/oder die Dampfleitung, insbesondere auch das Innengehäuse, aus lebensmittelechtem Kunststoff bestehen. Dies ermöglicht die Verwendung der Heizeinrichtung in Geräte wie einem Dampfgarer oder einem Backofen mit Dampf-Funktion. Bevorzugt ist der Kunststoff auch temperaturbeständig, vor allem für die Flüssigkeitsleitung, die relativ nahe an dem Heizer verläuft und somit mit den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist. Der Kunststoff sollte dauerhaft temperaturbeständig bis zu einer Temperatur von über 200°C oder sogar bis 300°C bzw. 350°C sein. Auch das Innengehäuse sollte aus temperaturbeständigem Kunststoff bestehen, da der Heizer die höchste Temperatur erreicht. Bei den vorgenannten Möglichkeiten zur Herstellung durch ein additives Fertigungsverfahren bzw. 3D-Druckverfahren bietet es sich an, alles aus demselben Kunststoff herzustellen. Dann gibt es insgesamt keine Probleme mit Temperaturbeständigkeit.
In weiterer Ausgestaltung kann ein Temperatursensor am Außengehäuse oder an der Heizeinrichtung vorgesehen sein, der insbesondere als Übertemperatur-Schalter ausgebildet sein kann. So kann er sozusagen selbsttätig bei zu hohen Temperaturen abschalten als Schutz für die Heizeinrichtung. Dabei kann der Temperatursensor an der Außenseite des Außengehäuses angeordnet sein, so dass er einfach angebracht sein kann, beispielsweise angeklipst oder angeschraubt. Dann wird keine Öffnung im Außengehäuse benötigt. Alternativ kann das Außengehäuse eine Sensoröffnung aufweisen, durch welche ein Sensor in das Innere reichen kann oder eingesteckt ist. Ein elektrischer Anschluss erfolgt dann bevorzugt von außen. Ein solcher Übertemperatur-Schalter kann einfach als Bimetallschalter ausgebildet sein. Alternativ kann es ein elektronisch auszuwertender Temperatursensor sein. In ähnlicher Ausgestaltung könnte auch ein Sensor zur Messung des Wasserstands angebracht sein, mit dem ein Wasserstand überwacht und geregelt werden kann gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren. In Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Bereich einer Innenseite der Flüssigkeitsleitung, vorzugsweise in einem oberen Endbereich bis hin zu dem Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung, mit Erhebungen und/oder Vertiefungen an dieser Innenseite versehen. Diese Erhebungen und/oder Vertiefungen können als sogenannte Grenzschichtbrecher dienen, welche verhindern sollen, dass Kalk aus dem erhitzten Wasser innerhalb der Leitung ausfällt und sich an der Innenseite festsetzt. Dadurch kann sowohl der Leitungsquerschnitt verringert werden als auch ein Wärmeübergang verschlechtert werden, was ein bekannter Nachteil ist. Die Erhebungen bzw. Vertiefungen können in regelmäßiger Anordnung vorgesehen sein, insbesondere mit einer Höhe bzw. Tiefe zwischen 0,1 mm und 5 mm oder 1% bis 20% des Durchmessers der Leitung. Sie sind vorteilhaft voneinander beabstandet bzw. einzeln ausgebildet, vorzugsweise regelmäßig beabstandet. Ihr Abstand zueinander kann 1 mm bis 5 mm oder bis 10 mm betragen. Sie können insbesondere als Kegel, Pyramiden, Kegelstümpfe oder Pyramidenstümpfe oder entsprechende Vertiefungen ausgebildet sein.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung können der Flüssigkeitseinlass und der Dampfauslass an derselben Seite des Außengehäuses vorgesehen sein, was die Anschlüsse einfacher macht. Dies kann insbesondere an einer nach vorne weisenden Vorderseite sein, wobei insbesondere an dieser Vorderseite auch der vorgenannte Temperatursensor bzw. Schalter vorgesehen sein kann. Dann sind alle Anschlüsse leicht erreichbar.
Vorteilhaft ist das Innengehäuse nach unten offen ausgebildet, um den Heizer von unten hineinstecken zu können. Elektrische Anschlüsse des Heizers können nach unten aus dem Außengehäuse herausstehen. Dann ist der Heizer zum Einen nicht dem Wasser ausgesetzt bzw. davor geschützt. Zum Anderen kann durch das dicht mit der restlichen Heizeinrichtung verbundene Innengehäuse eine wasserdichte Ausgestaltung vereinfacht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer vorbeschriebenen Heizeinrichtung kann Flüssigkeit durch den Flüssigkeitseinlass in die Heizeinrichtung und in die Flüssigkeitsleitung eingebracht werden, vorteilhaft durch Pumpen oder durch eine Wasserleitung aus einem erhöht angeordneten Wassertank. Dabei kann die Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsleitung an der Heizeinrichtung vorbei geführt werden zum Erhitzen. Dann wird die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslass in den vorgenannten Zwischenraum zwischen Flüssigkeitsleitung und Mantelwand gebracht. Hier werden auf vorgenannte Art und Weise Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeitsleitung ausgefällt, insbesondere Kalk, die in dem Zwischenraum absinken und unten gesammelt werden und ggf. entfernt werden können. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer vorgenannten Heizeinrichtung kann ein Füllstand der Flüssigkeit zwischen dem Flüssigkeitsauslass und dem Dampfeinlass gehalten werden. Vorteilhaft ist das mindestens 0,5 cm über dem Flüssigkeitsauslass und/oder 0,5 cm unter dem Dampfeinlass. Dazu kann entweder der Flüssigkeitseinlass mittels einer Flüssigkeitsleitung mit einem separaten Flüssigkeitsvorrat oder Wassertank verbunden sein, in welchem die Flüssigkeit auf dem für die Heizeinrichtung gewünschten Füllstand gehalten wird. Dies kann vorzugsweise sensorgesteuert erfolgen. Alternativ kann ein Füllstand der Flüssigkeit in der Heizeinrichtung bzw. in dem Innenvolumen selbst mittels eines Sensors überwacht werden, so dass auf einen vorgegebenen Füllstand geregelt werden kann.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in Zwischen- Überschriften und einzelne Abschnitte beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine leicht schräge Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mit schraubenlinienförmigen Leitungen um einen Heizer herum,
Fig. 2 eine schräge Außenansicht auf die Heizeinrichtung aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils einer Wasserleitung mit Erhebungen an einer Innenseite, und
Fig. 4 eine Darstellung eines Teils der schraubenlinienförmigen Wasserleitung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung 11 in leicht schräger geschnittener Darstellung zu sehen. Die Heizeinrichtung 11 weist ein quaderförmiges eckiges Außengehäuse 13 auf, welches auch beispielsweise runden und kreisrunden Querschnitt anstatt eines rechteckigen oder quadratischen Querschnitts aufweisen könnte. Das Außengehäuse 13 wird von einer Mantelwand 14 gebildet, die unten eine seitliche Schrauböse 15a und an der anderen Seite oben eine obere Schrauböse 15b aufweist, die direkt angeformt sind. Damit kann die Heizeinrichtung 11 in einem Haushaltsgerät, beispielsweise einem Steamer odgl., befestigt werden. Das Außengehäuse 13 weist oben einen einstückig angeformten Deckel 16 auf, der komplett geschlossen ist. Unten weist das Außengehäuse 13 einen Boden 18 auf, der eine mittige runde Bodenöffnung 19 aufweist. Vorteilhaft wird das Außengehäuse 13 einstückig hergestellt, entweder durch Kunststoffspritzguss oder besonders vorteilhaft mittels 3D-Druck. Die Herstellung mittels 3D-Druck weist den großen Vorteil auf, dass noch weitere Komponenten bzw. Bestandteile im gleichen Herstellungsschritt mit angeformt werden können, wie sie nachfolgend noch näher erläutert werden. Damit können auch sehr komplizierte Formen hergestellt werden, die durch Kunststoffspritzguss nicht hergestellt werden könnten.
Das Außengehäuse 13 weist ein Innenvolumen 20 auf. In diesem verläuft mittig, und zwar konzentrisch von der Bodenöffnung 19 nach oben bis zum Deckel 16 gehend, ein Innengehäuse 22. Auch dieses wird vorteilhaft einstückig und in einem Schritt mit dem Außengehäuse 13 hergestellt. Das Innengehäuse 22 wird durch eine Innenwandung 23 gebildet, die relativ dünn ist. Um das Innengehäuse 22 herum verläuft im Wesentlichen von der Oberseite des Bodens 18 ausgehend eine Wasserleitung 25 in Schraubenlinienform. Die einzelnen Windungen der Wasserleitung 25 liegen dabei in Längsrichtung gesehen direkt aneinander an. Dies ist am oberen Ende der Wasserleitung 25 beim Wasserauslass 28 zu erkennen. Der Querschnitt dieser Wasserleitung 25 ist vom Innengehäuse 22 ausgehend rechteckig bzw. eckig und U- förmig. Nach außen hin wird der Querschnitt der Wasserleitung 25 durch einen Halbkreis mit Radius entsprechend der halben Höhe einer Windung abgeschlossen. Ein entsprechender Wassereinlass 26 ist unten am Beginn der Wasserleitung 25 vorgesehen, siehe hierzu auch Fig. 2 mit dem nach außen geführten Wassereinlass 26. Wasser kann also zum Wassereinlass 26 in die Wasserleitung 25 hineinströmen und läuft dann schraubenlinienförmig um das Innengehäuse 22 herum nach oben. Dabei wird es von einem in das Innengehäuse 22 eingeschobenen Heizer 46 beheizt und tritt erhitzt oben am Wasserauslass 28 aus, beispielsweise mit einer Temperatur von 70°C bis 85°C. Dadurch, dass die Wasserleitung 25 mit der radialen inneren Seite direkt an der Innenwandung 23 anliegt bzw. nur durch diese dünne Innenwandung 23 von dem Heizer 46 getrennt ist, ist ein sehr guter Wärmeübergang gegeben. Der Heizer 46 kann also sehr gut das durch die Wasserleitung 25 strömende Wasser erhitzen auf seinem Weg nach oben.
Zwischen den radialen Außenseiten der Wasserleitung 25 und der Mantelwand 14 des Außengehäuses 13 ist ein Zwischenraum 34 gegeben. Dieser ist auf der linken Seite besonders gut zu erkennen und kann beispielsweise 0,1 mm bis 5 mm breit sein, vorteilhaft etwa 1 ,5 mm bis 3 mm. Dieser Zwischenraum 34 läuft voll mit dem erhitzten und von oben aus dem Wasserauslass 28 kommenden Wasser. Der Zwischenraum 34 weist den einen Vorteil auf, dass hier durch das Erhitzen ausgefällter Kalk nach unten rieseln kann und sich auf dem Boden 18 sammelt. Dort kann er entweder gezielt entfernt werden, beispielsweise durch eine separate Öffnung unten durch die Mantelwand 14 oder im Boden 18. Alternativ kann sich hier Kalk ansammeln und dann in längeren Abständen durch Entkalkungsmittel sehr leicht entfernt werden. Gegebenenfalls kann dieser Zwischenraum 34 auch so dimensioniert werden, dass sich über die geplante Lebensdauer der Heizeinrichtung 11 hinweg Kalk ansammeln kann, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Die andere Funktion des Zwischenraums 34 ist die, dass hier gesammeltes Wasser nochmals weiter erhitzt wird um einige Grad Celsius mehr, als es beim Austritt aus dem Wasserauslass 28 aufweist.
Oberhalb des Wasserauslasses 28 und somit oberhalb der Wasserleitung 25 ist ein Freibereich 38 gegeben, beispielsweise 1 cm bis 3 cm hoch. Darüber beginnt eine Dampfleitung 40 mit einem Dampfeinlass 41. Diese Dampfleitung 40 verläuft auch schraubenlinienförmig in entsprechenden Windungen um das Innengehäuse 22 herum und mündet oben in einen Dampfauslass 43 aus dem Außengehäuse 13 heraus, siehe hierzu auch wiederum die Fig. 2. Die Dampfleitung 40 kann dabei zwischen einer halben und zwei bis vier Windungen aufweisen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind es knapp zwei Windungen. Ein Wasserpegel bei Betrieb der Heizeinrichtung 11 zum Erzeugen von Dampf liegt in diesem Freibereich 38, beispielsweise in etwa auf halber Höhe zwischen Wasserauslass 28 und Dampfeinlass 41. Der von dem Wasserpegel bzw. der Wasseroberfläche aufsteigende Dampf tritt in den Dampfeinlass 41 ein und läuft dann mit der entsprechenden Anzahl von Windungen um, bevor er aus dem Dampfauslass 43 austritt. Diese gewundene Dampfleitung 40 weist den Vorteil auf, dass auch aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes kleine Wassertröpfchen noch innerhalb der Dampfleitung aus dem Dampf sozusagen herausgeschleudert werden und sich an der Innenseite der Dampfleitung 40 niederschlagen. Dann können sie nach unten laufen und zum Dampfeinlass 41 heraus wieder nach unten in das Wasser im Freibereich 38 hineintropfen. Des Weiteren kann hier in diesem Freibereich 38 der Wasserpegel einigermaßen gut auf einer gewünschten Höhe gehalten werden, wodurch eine einigermaßen kontinuierliche und beherrschbare Dampfproduktion erreicht werden kann. Des Weiteren ist durch den als Kalkfalle fungierenden Zwischenraum 34 auch sichergestellt, dass keine Kalkpartikel oder Kalkbestandteile zum Dampfauslass 43 heraus gelangen können, so dass ein Verkalken in der nachfolgenden Dampfführung verhindert werden kann.
Der Heizer 46 ist von unten durch die Bodenöffnung 19 in das Innengehäuse 22 eingeschoben. Er kann als sogenannte Heizpatrone ausgebildet sein und beispielsweise ein Rohrheizkörper sein, in jedem Fall ist es ein sogenannter Kontaktheizer und ein Widerstandsheizer, der elektrisch betrieben ist. Unten ragen zwei Anschlussleitungen 47 heraus, siehe auch Fig. 2. Da das Innengehäuse 22 am Deckel 16 einstückig und wasserdicht ausgeführt ist, können oben keine Dichtigkeitsprobleme entstehen. Unten an der Bodenöffnung 19 ist eine entsprechende temperaturfeste Dichtung vorgesehen, beispielsweise aus Silikon oder Teflon.
Aus der Fig. 2 ist auch noch zu ersehen, dass an einer Vorderseite des Außengehäuses 13 auf die Mantelwand 14 aufgesetzt ein Temperaturschalter 49 vorgesehen ist. Dieser kann ein an sich bekannter Bimetallschalter sein, der bei einer bestimmten Temperatur, die als maximale Temperatur für die Heizeinrichtung 11 bestimmt worden ist, abschaltet. Dies wird aber vorteilhaft als Notfallmaßnahme vorgesehen und nicht zum Regeln des Heizers 46 auf eine bestimmte Temperatur.
Des Weiteren kann, was hier nicht explizit dargestellt ist, in etwa an dem Freibereich 38 oder an einer Stelle, an der ein Wasserpegel gewünscht ist, eine Öffnung in der Mantelwand 14 vorgesehen sein. Durch diese Öffnung kann ein Wasserstandsensor eingeschoben sein oder hier angebracht sein, der auf unterschiedliche Art und Weise den Wasserpegel überwachen kann. Dies kann optisch erfolgen, alternativ über Leitfähigkeitssensoren odgl.. So kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Nachfuhr an Wasser so eingestellt werden, dass der Wasserpegel beim Erzeugen von Dampf und Abströmen des Dampfes stets in etwa auf dem gewünschten Niveau bzw. Pegel gehalten werden kann. Würde nämlich zu wenig Wasser nachströmen, so bestünde die Gefahr, dass der Wasserpegel unterhalb des Wasserauslasses 28 absinkt, möglicherweise deutlich unterhalb davon. Dann wäre die Dampferzeugung zu gering, da durch den recht schmalen Zwischenraum 34 nur eine geringe Wasseroberfläche gegeben wäre. Des Weiteren könnte der obere Bereich der Wasserleitung 25 zu heiß werden, da er nicht mehr durch das umliegende Wasser gekühlt wird bzw. seine Wärme nicht mehr an das umliegende Wasser abgeben kann.
Wird andererseits zu viel Wasser nachgeführt, so besteht die Gefahr, dass es bis an den Dampfeinlass 41 reichen kann, und dann entweder zu nasser Dampf erzeugt wird und austritt. Alternativ können durch Entstehen von Dampfblasen an der Oberfläche des Wasserpegels Wassertropfen bzw. Wasserspritzer mitgerissen werden und dann auch zum Dampfauslass 43 austreten.
Eine alternative Möglichkeit zur Regelung des Wasserpegels könnte darin bestehen, dass der Wassereinlass 26 mittels einer Leitung mit einem Wassertank verbunden ist, der in etwa auf derselben Höhe wie die Heizeinrichtung 11 angeordnet ist. So kann der Wasserpegel in diesem Wassertank aufgrund der kommunizierenden Röhren dann im Betrieb auf der Höhe des gewünschten Wasserpegels für die Heizeinrichtung 11 gehalten werden. In diesem Wassertank kann dann der Wasserpegel aufgrund der beherrschbaren Verhältnisse viel leichter kontrolliert und auf gewünschter Höhe gehalten werden.
Neben der Möglichkeit zum Ausfällen von Kalk in dem Zwischenraum 34 im Innenvolumen 20 ist in den Fig. 3 und 4 eine weitere vorteilhafte Möglichkeit gezeigt. Hier ist eine idealisierte Wasserleitung 125 dargestellt, die einen kreisrunden Querschnitt hat, also anders als bei der Heizeinrichtung 11 gemäß Fig. 1. An einer Innenseite 130 dieser Wasserleitung 125 sind kegelstumpfförmige Erhebungen 132 vorgesehen, insbesondere einstückig angeformt, vorteilhaft durch den vorgenannten 3D-Druck. Diese Erhebungen 132 dienen als sogenannte Grenzschichtbrecher, welche das Ausfällen von Kalk beim Strömen von Wasser innerhalb der Wasserleitung 125 reduzieren oder sogar ganz vermeiden können. Der Kalk fällt dann eben erst nach dem Austritt aus dem Wasserauslass 28 aus, kann dann aber eben gut unten am Boden 18 gesammelt werden. Diese entsprechenden Erhebungen 132 sind auch bei der in längerer Schraubenlinienform dargestellten Wasserleitung 125 gemäß Fig. 4 zu erkennen. Die genaue Form dieser Erhebungen 132 kann auch variieren. Neben runder Kegelstumpfform können auch eckige Pyramidenstümpfe vorgesehen sein.
Ein Abstand des Wasserpegels sollte vorteilhaft mindestens 0,5 cm über dem Wasserauslass 28 liegen. In ähnlicher Form sollte er mindestens 0,5 cm unterhalb des Dampfeinlasses 41 liegen.
Angesichts der Darstellung in Fig. 1 ist auch leicht vorstellbar, dass die Wasserleitung 25 nicht schraubenlinienförmig an dem Innengehäuse 22 in dem Innenvolumen 20 umläuft, sondern in anderer Form. Beispielsweise könnte dies in Mäanderform mit jeweils in etwa horizontal verlaufenden Schleifen und 180°-Biegungen erfolgen. Alternativ könnten diese Schlaufen auch in vertikaler Richtung parallel zueinander verlaufen. Der Vorteil der Schraubenlinienform liegt darin, dass hier das Wasser am gleichmäßigsten und auch stets mit gleichem Schwerkraftanteil entlangströmt, so dass in der Wasserleitung ausgefällter Kalk möglichst gut mitgerissen werden kann und zum Wasserauslass 28 austreten kann.

Claims

Patentansprüche Heizeinrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeit und insbesondere zum Erzeugen von Dampf, wobei die Heizeinrichtung aufweist: ein längliches Außengehäuse, das eine äußere Mantelwand und ein Innenvolumen aufweist, in dem Innenvolumen ist ein Heizer angeordnet, der zu der äußeren Mantelwand einen Abstand aufweist, um den Heizer herum verläuft eine Flüssigkeitsleitung, wobei: ein Flüssigkeitseinlass von außerhalb des Außengehäuses in die Flüssigkeitsleitung an einem unteren Endbereich der Flüssigkeitsleitung vorgesehen ist, ein Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung in das Innenvolumen an einem oberen Endbereich der Flüssigkeitsleitung vorgesehen ist, der Flüssigkeitsauslass unterhalb eines oberen Endes des Heizers angeordnet ist, um die schraubenlinienförmige Anordnung der Flüssigkeitsleitung herum ein Abstand zu der Mantelwand gegeben ist, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 10 mm, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des Heizers eine Dampfleitung um diesen herum mit mindestens einer halben Windung verläuft, ein Dampfeinlass vom Innenvolumen in die Dampfleitung am unteren Endbereich der Dampfleitung vorgesehen ist, ein Dampfauslass aus der Dampfleitung aus dem Außengehäuse heraus verläuft, der Dampfeinlass über dem Flüssigkeitsauslass angeordnet ist. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse zylindrisch ist und/oder rechteckigen Querschnitt aufweist, insbesondere quadratischen Querschnitt, wobei vorzugsweise das Innenvolumen im Wesentlichen quaderförmig ist. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenform des Heizers zylindrisch ist, insbesondere rundzylindrisch bzw. kreisrundzylindrisch, wobei vorzugsweise die Flüssigkeitsleitung rundum laufende Windungen aufweist. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung in Windungen in Form einer Schraubenlinie verläuft, vorzugsweise in Form einer gleichmäßigen Schraubenlinie. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Flüssigkeitsleitung aneinander anliegen. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung, insbesondere auch die Dampfleitung, einen Innenquerschnitt aufweist, der aus einem Rechteck besteht, das an einer Seite abgerundet, vorzugsweise mittels eines Halbkreises, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Flüssigkeitsleitung und/oder die Dampfleitung auch einen Außenquerschnitt mit derselben Form haben. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Innengehäuse für den Heizer, wobei das Innengehäuse mittig in dem Innenvolumen verläuft und der Heizer in dem Innengehäuse angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Heizer das Innengehäuse voll ausfüllt bzw. bündig an einer Innenwandung des Innengehäuses anliegt, wobei das Innengehäuse rundzylindrischen Querschnitt aufweist. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung, vorzugsweise auch die Dampfleitung, direkt außen an dem Innengehäuse bzw. an einer Außenseite des Innengehäuses anliegt. Heizeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung einstückig und einteilig mit dem Innengehäuse verbunden ist derart, dass bereichsweise eine Wandung des Innengehäuses eine Wandung der Flüssigkeitsleitung bildet. Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse und die Flüssigkeitsleitung in einem Stück hergestellt worden sind, insbesondere mittels 3D- Druckverfahren, wobei vorzugsweise das Innengehäuse und die Flüssigkeitsleitung mit dem Außengehäuse und insbesondere auch mit der Dampfleitung in einem Stück hergestellt worden sind, vorzugsweise mittels 3D-Druckverfahren. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsleitung von dem unteren Ende des Innenvolumens nach oben in der Form einer Schraubenlinie verläuft, wobei der Flüssigkeitsauslass oberhalb der halben vertikalen Höhe des Innenvolumens angeordnet ist, vorzugsweise zwischen 50 % und 90 % der vertikalen Höhe des Innenvolumens angeordnet ist. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse mit dem Heizer darin in einem Freibereich zwischen dem Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung und dem Dampfeinlass in die Dampfleitung freiliegt, wobei vorzugsweise der Freibereich zwischen 5 % und 20 % der vertikalen Höhe des Innenvolumens beträgt. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum zwischen der Flüssigkeitsleitung und der Mantelwand umlaufend und durchgängig von unten nach oben bis zu dem Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung verläuft, wobei vorzugsweise der Zwischenraum als Kalkfalle ausgebildet ist zum Ausfällen von Inhaltsstoffen aus der Flüssigkeit, insbesondere von Kalk aus Wasser als Flüssigkeit, wobei insbesondere unten in dem Zwischenraum ein Auslass aus dem Außengehäuse vorgesehen ist, der verschließbar und öffenbar ist zum Entfernen der gesammelten ausgefällten Inhaltsstoffe aus dem Außengehäuse. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfleitung mit mindestens einer vollständigen Windung um den Heizer herum umläuft, vorzugsweise maximal mit drei vollständigen Windungen umläuft. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse und/oder die Flüssigkeitsleitung und/oder die Dampfleitung, insbesondere auch das Innengehäuse, aus lebensmittelechtem Kunststoff bestehen, wobei vorzugsweise der Kunststoff temperaturbeständig ist, insbesondere dauerhaft temperaturbeständig bis zu einer Temperatur von mindestens 250 °C. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor vorgesehen ist, insbesondere ausgebildet als Übertemperatur-Schalter, wobei vorzugsweise der Temperatursensor an der Außenseite des Außengehäuses angeordnet ist oder das Außengehäuse eine Sensoröffnung aufweist, durch welche ein Sensor in das Innere reichen kann oder eingesteckt ist. Heizeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertemperatur- Schalter als Bimetallschalter ausgebildet ist. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich einer Innenseite der Flüssigkeitsleitung, vorzugsweise in einem oberen Endbereich bis hin zu dem Flüssigkeitsauslass aus der Flüssigkeitsleitung, mit Erhebungen und/oder Vertiefungen an dieser Innenseite versehen ist, wobei vorzugsweise die Erhebungen und/oder Vertiefungen in regelmäßiger Anordnung vorgesehen sind, insbesondere mit einer Höhe oder Tiefe zwischen 0,1 mm und 5 mm. Heizeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen voneinander beabstandet bzw. einzeln ausgebildet sind, vorzugsweise regelmäßig beabstandet sind, wobei sie insbesondere als Kegel, Pyramiden, Kegelstümpfe oder Pyramidenstümpfe oder entsprechende Vertiefungen ausgebildet sind. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitseinlass und der Dampfauslass an derselben Seite des Außengehäuses vorgesehen sind, insbesondere an einer nach vorne weisenden Vorderseite, wobei insbesondere an dieser Vorderseite auch der Temperatursensor vorgesehen ist. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse nach unten offen ist, um den Heizer von unten hineinzustecken, wobei elektrische Anschlüsse des Heizers nach unten aus dem Außengehäuse herausstehen. Verfahren zum Betrieb einer Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeit durch den Flüssigkeitseinlass in die Heizeinrichtung und in die Flüssigkeitsleitung eingebracht wird, wobei die Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsleitung geführt wird an der Heizeinrichtung vorbei zum Erhitzen der Flüssigkeit, wobei dann die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslass in einen Zwischenraum zwischen der Flüssigkeitsleitung und der Mantelwand gebracht wird und dabei Inhaltsstoffe aus der Flüssigkeitsleitung ausgefällt werden, die in dem Zwischenraum absinken und unten gesammelt werden. Verfahren zum Betrieb einer Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstand der Flüssigkeit zwischen dem Flüssigkeitsauslass und dem Dampfeinlass gehalten wird, vorzugsweise mindestens 0,5 cm über dem Flüssigkeitsauslass und/oder 0,5 cm unter dem Dampfeinlass, wobei insbesondere dazu entweder der Flüssigkeitseinlass mittels einer Flüssigkeitsleitung mit einem separaten Flüssigkeitsvorrat verbunden ist, in dem die Flüssigkeit auf dem für die Heizeinrichtung gewünschten Füllstand gehalten wird, vorzugsweise sensorgesteuert, oder ein Füllstand der Flüssigkeit in der Heizeinrichtung bzw. in dem Innenvolumen selbst mittels eines Sensors überwacht wird und auf den vorgegebenen Füllstand geregelt wird.
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