DIAZ DE DURANA ARAMENDI, David (Beato Tomas de Zumarraga, 1-2ºD, Vitoria-Gasteiz, E-01008, ES)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Dampfkessel (20) für ein Haushaltsgerät (10) mit einem befüllbaren Dampfkessel (20) mit einem von Begrenzungswänden (22, 24, 26, 28, 30) umschlossenen Innenraum (46), wobei in wenigstens einer Begrenzungswand (22) ein Einlass (40) für eine Flüssigkeit (76) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor (50) zur Erfassung einer Dampftemperatur und ein zweiter Sensor (52) zur Erfassung einer Dampfmenge im Dampfkessel (20) vorgesehen ist, wobei der Druck im Dampfkessel (20) über eine erste Regelschleife unter Berücksichtigung eines Sensorsignals des ersten Sensors (50) einstellbar ist und die Dampfmenge im Dampfkessel (20) über eine zweite Regelschleife wenigstens unter Berücksichtigung eines Sensorsignals des zweiten Sensors (52) einstellbar ist. 2. Dampfkessel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit (80) mit dem ersten und/oder zweiten Sensor (50, 52) zur Verarbeitung der Sensorsignale und zum Ansteuern eines Heizelements (60) und einer Flüssigkeitszufuhr zum Dampfkessel (20) gekoppelt ist 3. Dampfkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil zur Dampfentnahme aus dem Dampfkessel (20) mit der Einheit (80) gekoppelt ist, wobei ein Betriebszustand des Ventils der ersten und/oder zweiten Regelschleife zuführbar ist. 4. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Sensorsignal ein Druck im Dampfkessel (20) ableitbar ist. 5. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal ein Flüssigkeitspegel im Dampfkessel (20) ableitbar ist. 6. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (50) an einen Dampfraum des Dampfkessels (20) gekoppelt ist. 7. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (52) benachbart zu einem Heizelement (60) des Dampfkessels (20) gekoppelt ist. 8. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (50) und/oder der zweite Sensor (52) ein Temperatursensor ist. 9. Dampfkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (50) und oder der zweite Sensor (52) ein NTC-Widerstandselement umfasst. 10. Verwendung eines Dampfkessels (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Dampfbügeleisenstation mit einem an den Dampfkessel (20) angekoppelten Dampfbügeleisen (12). 11. Verwendung eines Dampfkessels (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Dampfreinigungsstation mit einem an den Dampfkessel (20) angekoppelten Dampfreinigungsgerät. 12. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkessels (20) für ein Haushaltsgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck im Dampfkessel (20) über eine erste Regelschleife unter Berücksichtigung eines Sensorsignals eines ersten Sensors (50) und eine Dampfmenge im Dampfkessel (20) über eine zweite Regelschleife wenigstens unter Berücksichtigung eines Sensorsignals eines zweiten Sensors (52) einstellbar ist. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Regelschleife eine Dampftemperatur erfasst wird, aus der ein Druck im Dampfkessel (20) abgeleitet wird. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Regelschleife eine Flüssigkeitstemperatur erfasst wird, aus der eine Flüssigkeitsmenge und/oder eine Dampfmenge im Dampfkessel (20) abgeleitet wird. 15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebszustand eines Ventils zur Entnahme von Dampf aus dem Dampfkessel (20) der ersten und/oder zweiten Regelschleife zugeführt wird. |
Die Erfindung betrifft einen Dampfkessel für ein Haushaltsgerät mit einem befüllbaren Dampfkessel und ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfkessels nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Haushaltsgeräte mit Dampferzeugung werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt. So wird zunehmend in Haushalten Dampf zur Reinigung von Fenstern, Böden und Einrichtungsgegenständen verwendet und insbesondere zum Bügeln eingesetzt. So ist aus der DE 697 27 211 T2 eine Dampfbügeleisenstation mit einem Dampfkessel bekannt. Üblicherweise wird Dampf in einem Dampfkessel erzeugt, indem Flüssigkeit zugeführt und mit einem elektrischen Widerstandserhitzer verkocht wird, bis Dampf entsteht, der vorzugsweise in einem bestimmten Druckbereich einem angeschlossenen Verbraucher, z.B. einem Bügeleisen, zu Verfügung gestellt wird. Im Dampfkessel ist ein NTC- Widerstandselement als Temperatursensor angeordnet, der bei ausreichender Flüssigkeitszufuhr im Dampfkessel die Flüssigkeitszufuhr zum Dampfkessel ein Signal ausgibt, dass die Flüssigkeitszufuhr in den Dampfkessel stoppt. Ein Problem bei kontinuierlich nachfüllbaren Dampfkesseln ist die Kontrolle des Drucks des Dampfes und des Flüssigkeitspegels innerhalb des Dampfkessels. Mit jeder Dampfentnahme durch einen Anwender sinkt der Druck im Dampfkessel. Der Druck des austretenden Dampfes soll so stabil wie möglich gehalten werden, um ein komfortables Bügeln zu ermöglichen. Sinkt der Flüssigkeitspegel im Dampfkessel ab, muss Flüssigkeit nachgefüllt werden. Das Nachfüllen kühlt den Dampfkessel ab, so dass der Druck innerhalb des Dampfkessels absinkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampfkessel für ein Haushaltsgerät mit einem befüllbaren Dampfkessel zu schaffen, der stabilere Druckverhältnisse bereitstellen kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfkessels mit stabileren Druckverhältnissen anzugeben.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Es wird ein Dampfkessel für ein Haushaltsgerät mit einem befüllbaren Dampfkessel mit einem von Begrenzungswänden umschlossenen Innenraum vorgeschlagen, wobei in wenigstens einer Begrenzungswand ein Einlass für eine Flüssigkeit vorgesehen ist, und bei dem ein erster Sensor zur Erfassung einer Dampftemperatur und ein zweiter Sensor zur Erfassung einer Dampfmenge im Dampfkessel vorgesehen ist. Der Druck im Dampfkessel ist über eine erste Regelschleife unter Berücksichtigung eines Sensorsignals des ersten Sensors und die Dampfmenge im Dampfkessel über eine zweite Regelschleife unter Berücksichtigung wenigstens eines Sensorsignals des zweiten Sensors einstellbar.
Vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Dampfkessel die Dampfmenge unabhängig vom Dampfdruck im Dampfkessel eingestellt werden.
Es kann gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung eine Einheit mit dem ersten und/oder zweiten Sensor zur Verarbeitung der Sensorsignale und zum Ansteuern eines
Heizelements und einer Flüssigkeitszufuhr zum Dampfkessel gekoppelt sein. Bevorzugt kann auch ein Ventil zur Dampfentnahme aus dem Dampfkessel mit der Einheit gekoppelt sein, wobei ein Betriebszustand des Ventils der ersten und/oder zweiten Regelschleife zuführbar sein kann. Die Einheit kann eine Regeleinheit oder eine Steuereinheit sein. Dadurch, dass ein Betriebszustand des Ventils bei der Einstellung der Dampfmenge und/oder des Drucks berücksichtigt werden kann, kann eine weitere Verbesserung des
Betriebsverhaltens des Haushaltsgeräts erreicht werden.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann aus dem ersten Sensorsignal ein Druck im Dampfkessel ableitbar sein. Aus der von dem Sensor erfassten Temperatur im Dampfbereich des Dampfkessels kann der Druck des Dampfes abgeleitet werden, der proportional zur Dampftemperatur ist.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann aus einem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal ein Flüssigkeitspegel im Dampfkessel ableitbar sein. Vorteilhaft können die vom ersten und zweiten Sensor erfassten Temperaturen verglichen und daraus ein Signal zum Einstellen eines Flüssigkeitspegels im Dampfkessel gebildet werden. Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der erste Sensor an einen Dampfraum des Dampfkessels gekoppelt sein. Die Montage lässt sich einfach bewerkstelligen.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der zweite Sensor benachbart zu einem Heizelement des Dampfkessels gekoppelt sein. Dadurch kann zuverlässig ein Füllstand der Flüssigkeit im Dampfkessel erfasst werden.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung können der Sensor und/oder der zweite Sensor ein Temperatursensor sein. Die Temperatur im Dampfraum und die Temperatur im Bereich des Heizelements können auf einfache Weise mit hinreichender Genauigkeit erfasst werden.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der Sensor und oder der zweite Sensor ein NTC-Widerstandselement umfassen. Ein NTC-Widerstandselement weist einen vorteilhaften temperaturabhängigen elektrischen Widerstand auf, der bei hohen Temperaturen geringer ist als bei niedrigen Temperaturen.
Der Dampfkessel kann bevorzugt für ein Haushaltsgerät verwendet werden, das als Dampfbügeleisenstation mit einem an den Dampfkessel angekoppelten Dampfbügeleisen ausgestaltet ist. Der Dampfkessel kann ein separates Bauteil sein, an welches das Dampfbügeleisen angekoppelt ist. Der Dampfkessel kann jedoch auch in das Dampfbügeleisen integriert sein. Die Erfindung erlaubt ein komfortables Bügeln.
Der Dampfkessel kann weiterhin bevorzugt für ein Haushaltsgerät verwendet werden, das als Dampfreinigungsstation mit einem an den Dampfkessel angekoppelten Dampfreinigungsgerät ausgestaltet ist. Die Erfindung erlaubt ein komfortables Reinigen mit dem Haushaltsgerät.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfkessels vorgeschlagen, bei dem ein Druck im Dampfkessel über eine erste Regelschleife unter Berücksichtigung eines Sensorsignals eines ersten Sensors und eine Dampfmenge im Dampfkessel über eine zweite Regelschleife wenigstens unter Berücksichtigung eines Sensorsignals eines zweiten Sensors einstellbar ist. Die beiden Regelschleifen können unabhängig voneinander betrieben werden, so dass Dampfmenge und Druck des Dampfes im Dampfkessel unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann für die erste Regelschleife eine Dampftemperatur erfasst werden, aus der ein Druck im Dampfkessel abgeleitet wird.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann für die zweite Regelschleife eine Flüssigkeitstemperatur erfasst werden, aus der eine Flüssigkeitsmenge und/oder eine Dampfmenge im Dampfkessel abgeleitet wird.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung kann ein Betriebszustand eines Ventils zur Entnahme von Dampf aus dem Dampfkessel der ersten und/oder zweiten Regelschleife zugeführt werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bevorzugten Haushaltsgeräts mit einem bevorzugten Dampfkessel nach der Erfindung mit einer ersten und zweiten Regelschleife; und
Fig. 2 im Schnitt einen bevorzugten Dampfkessel mit einem ersten Sensor zur Erfassung der Dampftemperatur und einem zweiten Sensor zur Erfassung eines Flüssigkeitsfüllstands.
In den Figuren werden gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt beispielhaft ein als Dampfbügeleisenstation ausgebildetes bevorzugtes Haushaltsgerät 10 mit einem Dampfkessel 20 und einem damit verbundenen Verbraucher 12, der z.B. als Dampfbügeleisen ausgebildet ist. Der als Dampfbügeleisen ausgebildete Verbraucher 12 ist mit einem Schlauch 14 an einen Auslass 44 des Dampfkessels 20 angeschlossen und wird über diesen mit Dampf versorgt.
Der Dampfkessel 20 ist im Schnitt in Fig. 2 dargestellt, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wird. Der Dampfkessel 20 weist Begrenzungswände 22, 24, 26, 28, 30, 32 auf, die einen Innenraum 46 umschließen, in welchem Flüssigkeit 76, z.B. Wasser, verdampft werden kann, welches über eine Zuleitung 16 von einer Pumpeneinrichtung 18 oder einem Reservoir (nicht dargestellt) zugeführt wird. Die Flüssigkeit 76 gelangt über eine Öffnung 42 eines Einlasses 40 in den Dampfkessel 20. Zum Erhitzen der Flüssigkeit 76 ist ein Heizelement 60 vorgesehen, das mit elektrischen Anschlüssen 62, 64 versehen ist und das im befüllten Zustand in die Flüssigkeit 76 im Flüssigkeitsraum 72 des Dampfkessels 20 eintaucht.
Das Heizelement 60 erhitzt die Flüssigkeit 76 auf eine Temperatur nahe des Siedepunkts der Flüssigkeit 76 und verdampft eine gewisse Menge, die sich als Dampf im Dampfraum 48 des Dampfkessels 20 sammelt. Sinkt der Flüssigkeitspegel 74 zu weit ab, wird Flüssigkeit 76, vorzugsweise automatisch, nachgefüllt.
An der Außenseite des Dampfkessels 20 ist ein erster Sensor 50 an einer Begrenzungswand 26 und ein zweiter Sensor 52 an einer anderen Begrenzungswand 24 angeordnet. Die Sensoren 50, 52 sind auf unterschiedlicher Höhe am Dampfkessel 20 angebracht.
Der obere Sensor 50, z.B. ein NTC-Widerstandselement, ist im Bereich eines Dampfraums 48 im oberen Bereich des Dampfkessels 20 angeordnet, der sich geodätisch oberhalb der Flüssigkeit 76 im Dampfkessel 20 befindet. Der erste Sensor 50 kann z.B. die Temperatur T1 des Dampfes im Dampfraum messen. Aus der Temperatur t1 des Dampfes kann der Dampfdruck bestimmt werden.
Der untere Sensor 52 kann vorzugsweise in einem Bereich benachbart zum Heizelement 60 angeordnet sein. Die Temperatur T2 in diesem Bereich hängt, bei jeweils gleicher Aufheizzeit, von der Menge der Flüssigkeit 76, z.B. Wasser, ab, die im Dampfkessel 20 vorhanden ist. Wird diese Temperatur T2 mit Dampftemperatur verglichen, kann daraus die Flüssigkeitsmenge bzw. der Füllstand der Flüssigkeit 76 im Dampfkessel 20 abgeleitet werden. Bei konstantem Druck kann aus der Wassermenge auf die Dampfmenge geschlossen werden.
Die Sensorsignale der Sensoren 50, 52 sind einer Einheit 80 zuführbar. Die Einheit 80 kann eine Regel und/oder Steuereinheit sein, welche den Dampfdruck und die Dampfmenge im Dampfkessel 20 anhand der Sensorsignale des ersten und zweiten Sensors 50, 52 einstellt. Die Einheit 80 steuert den Heizer 60 und die Pumpeinrichtung 18 entsprechend den Sensorsignalen der Sensoren 50, 52 an. Durch die Sensoren 50, 52 stehen zwei unabhängige Regelschleifen 100, 200 zur Verfügung, mit denen der Druck und die Dampfmenge eingestellt werden können.
Der erste Sensor 50, z.B. ein NTC-Widerstandselement, bestimmt die Dampftemperatur T1 , der proportional zum Dampfdruck ist. Dies kann in der ersten Regelschleife 100 zur Einstellung der Dampfmenge verwendet werden. Ist der Dampfdruck geringer als ein vorgegebener Solldruck A wird eine Druckeinstellung 102 vorgenommen und eine Aktivierung 104 des Heizelements 60 erfolgt, indem z.B. ein Relais geschaltet wird.
Bei konstantem Druck ist die Dampfmenge im Dampfraum 48 äquivalent zum Füllstand der Flüssigkeit 76. Die Temperatur, welche vom zweiten Sensor 52 erfasst wird, ist abhängig vom Flüssigkeitspegel 74 im Dampfkessel 20. Für die zweite Regelschleife 200 zur Einstellung des Flüssigkeitspegels bzw. der Dampfmenge wird die Temperatur T2 des zweiten Sensors 52 eingespeist und mit der Temperatur des ersten Sensors 50 verglichen. Der Flüssigkeitspegel 74 soll einen Sollwert B aufweisen. Entsprechend der aktuellen Temperaturen T1 , T2 kann die Pegeleinstellung 202 erfolgen und ein Schalter zur Aktivierung 204 der Pumpeinrichtung 18 entsprechend angesteuert werden, indem z.B. ein Transistor angesteuert wird.
Weiterhin kann ein Ventil (nicht dargestellt) zur Dampfentnahme aus dem Dampfkessel 20 mit der Einheit 80 gekoppelt sein, bzw. als Eingangsgröße für die beiden Regelschleifen 100 und 200 dienen. Das Ventil kann mit einem Betätigungsmittel 12a am Verbraucher 12, z.B. einem Druckknopf, einem Schiebeventil oder dergleichen, betätigt werden.
Wird dieses Signal, z.B. „Ventil offen" oder „Ventil geschlossen" mit in die Regelschleifen 100, 200 einbezogen, kann die Einheit 80 auf verschiedene Weise reagieren, abhängig davon, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Im geschlossenen Zustand tritt kein Dampf aus, und Druck und Flüssigkeitspegel 74 variieren weniger als wenn das Ventil geöffnet ist. Ist das Ventil geöffnet, sinkt der Druck im Dampfkessel, und es kann entsprechend eine höhere Heizleistung aufgebracht werden und/oder mehr Flüssigkeit 76 zugeführt werden.
Der Druck des austretenden Dampfes und die Menge (Dosierung) des austretenden Dampfes hängen von der Dampfmenge im Innenraum 46 des Dampfkessels und dessen Druck ab.
Mit konventionellen Regelsystemen sind Druck und Dosierung eng verknüpft. Die einzige Methode, mit der die Dosierung in bekannten Systemen beeinflusst werden kann, besteht darin, den Druck im Dampfkessel 20 zu erhöhen. Damit ist der Dampfkessel 20 im Verhältnis zwischen Volumen und Leistung in engen Grenzen festgelegt. Die Erfindung erlaubt hier eine erhöhte mehr Flexibilität.
Die Funktionsweise des Dampfkessels 20 ist gemäß der Erfindung verbessert, und der Druck des Dampfes variiert für gleiche Arbeitsabläufe in geringerem Maße als in bekannten Systemen. Der erfindungsgemäße Dampfkessel ist preiswert und effektiv in der Herstellung.
Bezugszeichenliste
10 Haushaltsgerät
12 Verbraucher 14 Verbindung
16 Verbindung
18 Pumpeinrichtung
20 Dampfkessel
22 Begrenzungswand 24 Begrenzungswand
26 Begrenzungswand
28 Begrenzungswand
30 Begrenzungswand
32 Begrenzungswand 40 Einlass
42 Öffnung
44 Auslass
46 Innenraum
48 Dampfraum 50 Sensor
52 Sensor
60 Heizer
62 Anschluss
64 Anschluss 72 Flüssigkeitsraum
74 Pegel
76 Flüssigkeit
80 Steuergerät
T1 Dampftemperatur T2 Temperatur