Boiler, insbesondere für eine Kaffeemaschine

Die Erfindung betrifft einen Boiler, insbesondere für eine Kaffeemaschine, mit dem auch Dampf erzeugt werden kann.

Ein herkömmlicher Boiler in einer Kaffeemaschine enthält ein als Druckgefäß ausgelegtes Gehäuse, einen Kaltwassereinlass, einen Heißwasserauslass, eine elektrische Heizung und einen Dampfauslass . Zur Zubereitung von Kaffee wird kaltes Wasser über den Kaltwassereinlass in das Druckgefäß gepumpt und von der Heizung auf eine Temperatur von ca. 90 ⁰ C bis 105 ⁰ C erhitzt. Das im Boiler befindliche heiße Wasser wird durch das zuströmende kalte Wasser verdrängt und verlässt den Boiler über den Heißwasserauslass. Von dort gelangt es z.B. über ein Ventil in eine Brühwasserleitung und anschließend in eine Brühkammer, die gemahlenen Kaffee enthält.

Zum Erzeugen von Dampf kann man den vorbekannten Boiler auf eine höhere Temperatur von z.B. 105 ⁰ C bis 115 ⁰ C aufheizen. über eine öffnung an der Oberseite des Boilers lässt sich anschließend Dampf entnehmen, der sich im oberen Bereich des Boilers sammelt.

Die vorbekannten Boilersysteme haben den Nachteil, dass der entnommene Dampf relativ viel flüssiges Wasser enthält und man nach dem öffnen der Dampfauslassöffnung bzw. eines zugeordne- ten Ventils relativ lange warten muss, bis der Anteil an flüssigem Wasser im Dampf absinkt. Außerdem muss man zunächst abwarten, bis der gesamte Wasserinhalt in dem Boiler auf die erhöhte Temperatur aufgeheizt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Boiler, insbesondere für eine Kaffeemaschine, zu schaffen, mit dem außer dem üblichen

Heißwasser auch möglichst schnell möglichst trockener Dampf

(also Dampf mit einem möglichst geringen Anteil an flüssigem

Wasser) bereitgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Boiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Ansprüche 9 und 10 betreffen ein Verfahren zum Erzeugen von Dampf mit einem der- artigen Boiler.

Der erfindungsgemäße Boiler eignet sich insbesondere für eine Kaffeemaschine, ist aber nicht ausschließlich für die Verwendung mit Kaffeemaschinen konzipiert. Der Boiler hat ein Gehäu- se, das zur Aufnahme von Wasser geeignet ist und vorzugsweise als Druckgefäß konstruiert ist, einen Kaltwassereinlass, einen Heißwasserauslass, eine elektrische Heizung und einen Dampf- auslass. In thermischem Kontakt mit der Heizung angeordnet ist eine Dampferzeugungsleitung (die z.B. ein Metallrohr aufweist) mit einer Wassereinlassöffnung und einer Dampfauslassöffnung.

Die Dampfauslassöffnung steht mit dem Dampfauslass in Verbindung oder ist damit identisch. Vorzugsweise ist an dem Dampfauslass ein Ventil angeordnet.

Wasser, das in die Dampferzeugungsleitung eintritt, wird wegen des thermischen Kontakts der Dampferzeugungsleitung mit der Heizung und da es sich dabei, verglichen mit dem gesamten Boilerinhalt, um eine relativ geringe Wassermenge handelt, sehr schnell auf eine hohe Temperatur aufgeheizt. Wenn der Dampf- auslass geöffnet wird, z.B. über das erwähnte Ventil, herrscht im Bereich des Dampfauslasses des Boilers und der Dampfauslassöffnung der Dampferzeugungsleitung wegen der einsetzenden Strömungsverhältnisse ein niedrigerer Druck als im übrigen Boiler, so dass aus dem sehr heißen Wasser in der Dampferzeu- gungsleitung Dampf entsteht und über den Dampfauslass entweicht. Je nach dem Druck innerhalb des Boilers und der Temperatur der Dampferzeugungsleitung ist es auch möglich, dass bereits bei geschlossenem Ventil Dampf in der Dampferzeugungsleitung gebildet wird. Der austretende Dampf enthält kein flüssiges Wasser oder nur einen relativ geringen Anteil an flüssigem Wasser.

Die Erfindung schafft somit eine technisch einfache, sehr effiziente und kostengünstige Möglichkeit, mit einem Boiler sehr schnell im Wesentlichen trockenen Dampf zu erzeugen.

Vorzugsweise befindet sich die Wassereinlassöffnung der Dampferzeugungsleitung im Innenraum des Gehäuses. Daher ist kein zusätzlicher Wasseranschluss für die Dampferzeugungsleitung erforderlich. Ohnehin im Boiler befindliches Wasser wird bei der Entnahme von Dampf infolge der erläuterten Strömungsverhältnisse automatisch in die Dampferzeugungsleitung eingesaugt und steht damit für die Dampferzeugung zur Verfügung.

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Die Dampfauslassöffnung der Dampferzeugungsleitung ist vorzugsweise oberhalb von deren Wassereinlassöffnung angeordnet. Da der Dampf spezifisch leichter ist als flüssiges Wasser, er ^¬ leichtert dies die Dampfbildung und -entnähme.

Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die gesamte Dampferzeugungsleitung im Innenraum des Gehäuses angeordnet, oder Teile der Dampferzeugungsleitung ragen durch die Gehäusewandung, z.B. als Ansatzstutzen für den Dampfauslass . Die Dampfauslassöffnung der Dampferzeugungsleitung kann auch über eine Verbindungsleitung mit dem Dampfauslass des Boilers verbunden sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Heizung wen- delartig geformt und im Innenraum des Boilers angeordnet. Dabei folgt die Dampferzeugungsleitung vorzugsweise zumindest in einem Teilabschnitt den Wendelgängen der Heizung oder zumindest einem Teil der Wendelgänge. Vorzugsweise weist die Heizung ein Metallrohr auf (in dessen Innenraum z.B. ein elektri- scher Heizwiderstandsdraht angeordnet ist) , und die Dampferzeugungsleitung weist ebenfalls ein Metallrohr auf, wobei die Metallrohre der Heizung und der Dampferzeugungsleitung vorzugsweise miteinander verlötet sind. Eine derartige Konstruktion schafft einen guten thermischen Kontakt, ist solide und lässt sich relativ leicht herstellen.

Wie mit einem erfindungsgemäßen Boiler, bei dem die Wassereinlassöffnung der Dampferzeugungsleitung im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, Dampf erzeugt werden kann, wurde bereits kurz erläutert. Hier nochmals die Schritte: über den Kaltwas- sereinlass wird Wasser in den Innenraum des Gehäuses zugeführt. Dabei kommt vorzugsweise eine externe Pumpe zum Einsatz. Beim Betreiben der Heizung und nach dem öffnen eines dem Dampfauslass zugeordneten Ventils entweicht in die Dampferzeu- gungsleitung eintretendes Wasser über den Dampfauslass als

Dampf. Die Heizung wird mit einer solchen Temperatur betrieben, dass die Dampferzeugungsleitung eine Temperatur von mehr als 100 ⁰ C annimmt, z.B. eine Temperatur im Bereich von 105 ⁰ C bis 115 ⁰ C oder auch eine höhere Temperatur. Die optimale Tem- peratur hängt von den Details der Konstruktion ab, z.B. von dem thermischen Kontakt zwischen der Dampferzeugungsleitung und der Heizung, vom Strömungswiderstand der Dampferzeugungsleitung und anderer Leitungen im System, von der Pumpenleistung, usw., lässt sich aber bei einer gegebenen Konstruktion leicht durch Versuche ermitteln.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in

Figur 1 eine dreidimensionale Außenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Boilers,

Figur 2 eine Draufsicht auf den Boiler gemäß Figur 1,

Figur 3 eine schematische Schnittansicht in der Ebene III-III gemäß Figur 2, wobei auch Teile hinter dieser Ebene dargestellt sind,

Figur 4 eine schematische Schnittansicht in der Ebene IV-IV ge- maß Figur 2, wobei auch Teile hinter dieser Ebene dargestellt sind, und

Figur 5 eine in Figur 4 mit V gekennzeichnete Detailvergrößerung aus Figur 4.

In Figur 1 ist eine Ausführungsform eines zur Verwendung in einer Kaffeemaschine konzipierten Boilers 1 in dreidimensionaler Ansicht dargestellt. Die Figuren 2 bis 5 zeigen dieselbe Ausführungsform.

Der Boiler 1 weist ein als Druckgefäß gestaltetes Gehäuse 2 mit einem Innenraum 4 auf, in dem sich beim Betrieb des Boilers 1 Wasser befindet. Zur Montage in einer Kaffeemaschine dienen Befestigungswinkel 6.

An der Oberseite des Boilers 1 befindet sich ein Kaltwas- sereinlass 10, der über ein Rohrstück 12 in den unteren Bereich des Innenraums 4 führt. Ein Heißwasserauslass 14 reicht von der Wandung des Gehäuses 2 über einen Rohrstutzen bis zu einem Flansch 16. Wenn der Boiler 1 in eine Kaffeemaschine eingebaut ist, wird der Heißwasserauslass 14 über ein in den Figuren nicht eingezeichnetes Verbindungsstück, das an dem Flansch 16 befestigt ist, über eine weitere Flanschöffnung 17 zu einer Brühwasserleitung 18 geführt. Die Brühwasserleitung 18 erstreckt sich im Innenraum 4 des Boilers 1 und durch die Unterseite des Gehäuses 2, siehe Figur 4 (in der nur ein Teil der Brühwasserleitung 18 ohne den Anschluss an die Flanschöffnung 17 eingezeichnet ist) .

Im Innenraum 4 des Boilers 1 ist ferner eine elektrische Heizung 20 angeordnet. Die Heizung 20 weist ein wendelartig geformtes Metallrohr 22 auf, dessen Wendelgänge sich im unteren Bereich des Innenraums 4 befinden. Die beiden Enden dieses Metallrohrs 22 sind als Anschlüsse 24 und 25 durch die Oberseite des Gehäuses 2 geführt. Im Inneren des Metallrohrs 22 befindet sich ein elektrisch isolierter Heizwiderstand.

Mit den Wendelgängen der Heizung 20 steht eine Dampferzeugungsleitung 26 in thermischem Kontakt. Die Dampferzeugungs- leitung 26 weist ein Metallrohr mit Wendelgängen 27 auf, die den Wendelgängen der Heizung 20 folgen und in ein Verbindungsstück 28 übergehen, das durch die Oberseite des Gehäuses 2 geführt ist. über einen Krümmer 29 endet die Dampferzeugungsleitung 26 an einer Dampfauslassöffnung 30, die als Dampfauslass des Boilers 1 dient. Im Ausführungsbeispiel sind die oberen

Wendelgänge 27 mit den oberen Wendelgängen der Heizung 20 fortlaufend verlötet, siehe die Lötstellen 31 in Figur 5.

An ihrem unteren Ende steht die Dampferzeugungsleitung 26 of- fen, so dass dort eine Wassereinlassöffnung 32 ausgebildet ist, siehe Figur 5.

An der Seitenwandung des Gehäuses 2 befindet sich eine Durchführung 34 für einen Temperatursensor. Mit Hilfe der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur in dem Boiler 1 kann die Steuerung der Kaffeemaschine die Heizleistung regeln.

Ventile zum öffnen und Schließen der beschriebenen Anschlüsse des Boilers 1 sind in den Figuren nicht eingezeichnet. Derar- tige Ventile werden von der Kaffeemaschine gesteuert oder sind als handbetätigte Ventile ausgeführt. Sie könne unmittelbar an dem Boiler 1 angeordnet und auch Komponenten des Boilers 1 sein, können aber auch über einen Leitungsabschnitt mit dem jeweiligen Anschluss in Verbindung stehen bzw. dem jeweiligen Anschluss zugeordnet sein.

Um mit dem Boiler 1 Heißwasser zum Brühen von Kaffee zuzubereiten, wird Wasser mittels einer Pumpe über den Kaltwas- sereinlass 10 in den Innenraum 4 geführt und von der Heizung 20 erwärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur von 90 ⁰ C bis 105 ⁰ C. Das Heißwasser verlässt den Boiler 1, wie erläutert, über den Heißwasserauslass 14, die Flanschöffnung 17 und die Brühwasserleitung 18. Von dort gelangt das Heißwasser zu einer Brühkammer der Kaffeemaschine. Wenn die Wassertemperatur auf Werte von mehr als 100 ⁰ C eingestellt ist, entspannt sich das Heißwasser beim Austreten aus dem Boiler 1 auf Atmosphärendruck und kühlt dabei zwar etwas ab, hat aber immer noch eine hohe Temperatur. Dies ist vorteilhaft, damit bereits für die erste Tasse Kaffee ausreichend heißes Brühwasser zur Verfügung steht.

Um Dampf zu erzeugen, kann die Heizung 20 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden als im normalen Betrieb der Kaffeemaschine zur Kaffeezubereitung. Es ist aber auch denkbar, dass bereits im normalen Betrieb der Kaffeemaschine die Temperatur der Heizung selbst für die im folgende erläuterte Dampferzeugung ausreicht. Im Inneren der Dampferzeugungsleitung 26 befindet sich Wasser, das durch den engen thermischen Kontakt mit der Heizung 20 besonders heiß wird und bei dem gegebenen Druck in dem Boiler 1 bereits verdampfen kann. Spätestens, wenn das dem Dampfauslass 30 zugeordnete Ventil geöffnet wird und Kaltwasser unter der Wirkung der Förderpumpe der Kaffeemaschine über den Kaltwassereinlass 10 in den Boiler 1 nachströmen kann, entsteht in der Dampferzeugungsleitung 26 bei den sich einstellenden dynamischen Druckverhältnissen Dampf, der dem Benutzer z.B. zur Zubereitung einer Schaumkrone auf einem Kaffeegetränk zur Verfügung steht. Wasser wird über die Wassereinlassöffnung 32 in die Dampferzeugungsleitung 26 nachgesaugt. Während der Dampfentnähme sollte die Heizung 20 einge- schaltet sein.

Da die Wärmekapazität des in der Dampferzeugungsleitung 26 befindlichen Wassers gering ist, kann der Boiler 1 den gewünschten Wasserdampf sehr schnell bereitstellen. Außerdem enthält dieser Dampf nur geringe Anteile an flüssigem Wasser.

Die Steuerung der Heizung 20, der Pumpe der Kaffeemaschine sowie der den Anschlüssen des Boilers 1 zugeordneten Ventile erfolgt über die Kaffeemaschine in einer dem Fachmann geläufigen Weise. Zur Dampferzeugung wird vorzugsweise beim öffnen des dem Dampfauslass 30 zugeordneten Ventils die Heizung eingeschaltet und gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur betrieben.

Man kann den Dampfauslass 30 aber auch zur Entnahme von heißem Wasser nutzen, z.B. zur Zubereitung von Tee. In diesem Fall

wird unter der Steuerung der Kaffeemaschine die Heizung beim öffnen des dem Dampfauslass 30 zugeordneten Ventils abgeschaltet (oder nicht eingeschaltet) , so dass über dieses Ventil Heißwasser mit der in dem Boiler 1 herrschenden Temperatur austreten kann.