Heizvorrichtung zum Erhitzen von Wasser sowie wasserführendes Gerät mit einer Heizvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erhitzen von Wasser, umfassend einen Behälter mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal.

In wasserführenden Geräten, wie Waschmaschine, Geschirrspüler oder Getränkebereiter wird im Betrieb erhitztes Wasser benötigt, das mittels eines im Behandlungsbehälter angebrachten Heizkörpers oder einem Durchlauferhitzer bereitgestellt wird. Hierbei werden elektrische Widerstands-Heizelemente verwendet, die bei zugeschaltetem elektrischen Stromfluss sich erhitzen und aufgrund des Kontaktes mit dem Wasser die Wärme in das Wasser übertragen. Das bedeutet, dass stets ein Wärmeübergang vom erhitzen Körper zum Wasser stattfindet, der verlustbehaftet ist bzw. das Erhitzen des Wassers verzögert.

Aus der DE 102014217 842 A1 ist eine Heizvorrichtung für einen Getränkebereiter als Durchlauferhitzer bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Heizvorrichtung bereitzustellen für einen effizienten und sicheren Betrieb zum Erhitzen von Wasser.

Erfindungsgemäß wird unter anderem diese Aufgabe durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein wasserführendes Gerät gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.

Ein mit der Erfindung erreichbarer Vorteil besteht darin, dass die Erwärmung sehr präzise erfolgt und die vom Benutzer oder der Prozesssteuerung vorgegebene Temperatur sehr genau mit extrem geringen Abweichungen eingehalten wird. Ferner erfolgt die Erwärmung des Wassers schneller, als mit den herkömmlichen Durchlauferhitzern, Heizplatten oder Tauchsiedern.

Hierzu umfasst die Heizvorrichtung innerhalb des Behälters zwei beabstandete Platten, welche als Elektroden fungieren und jeweils einen elektrischen Anschluss umfassen zum Anschluss an eine elektrische Spannungsquelle, um einen Stromfluss durch das zwischen den Platten befindliche Wasser zu erzeugen. Zumindest eine Platte ist beweglich gelagert, um den Abstand zwischen den Platten und dadurch das zwischen den Platten bereitgestellte Volumen zu verändern. Die Elektroden leiten die an den Platten anliegende Spannung direkt in die Flüssigkeit, sodass ein elektrischer Strom durch das Wasser fließt, das sich im aufgespannten Raum zwischen den beiden Platten befindet. Aufgrund des elektrischen Leitwertes bzw. Widerstandes des Wassers erhitzt es sich, ohne dass eine Wärmeübertragung von einem erhitzten Körper zum Wasser stattfindet. Somit wird das Wasser direkt erhitzt. Bevorzugt wird an den Elektroden eine Wechselspannung im Frequenzbereich der gebräuchlichen Netzfrequenz verwendet, um die Elektrolyse zu unterbinden, also vermindern oder nicht entstehen zu lassen. Mit dem variierbaren Abstand der Platten zueinander wird der Leitwert verändert, wobei sich bei kleinerem Abstand der Leitwert zwischen den Platten erhöht und bei größerem Abstand verringert. Der Leitwert ist ferner stark von den Eigenschaften bzw. Zusammensetzung des Wassers abhängig, insbesondere von mineralischen Zusätzen, sodass der Abstand der Platten entsprechend angepasst werden kann, um den gewünschten elektrischen Stromfluss zu ermöglichen. Die Platten sind bevorzugt parallel beabstandet zueinander. Da die Platten als Elektroden fungieren, müssen sie nur einen geringen Übergangswiderstand zum Wasser aufweisen, sodass sie bevorzugt aus Graphit bestehen oder eine Graphitoberfläche aufweisen. Insgesamt ist die Heizvorrichtung zum Einsatz in einem wasserführenden Gerät konzipiert, bevorzugt zum Einsatz in einer Waschmaschine, einem Geschirrspüler oder einem Heißgetränkebereiter.

In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Heizvorrichtung ein Antriebsmittel zum Verschieben der beweglichen Platte, und eine Steuervorrichtung zum Steuern bzw. Aktivieren und Deaktivieren des Antriebsmittels. Damit kann der Abstand automatisch eingestellt werden, In Abhängigkeit von den Prozessanforderungen des Gerätes, in das die Heizvorrichtung eingesetzt ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Heizvorrichtung ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Leitwertes des zwischen den Platten befindlichen Wassers. Die Steuervorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Abstand der Platten zueinander in Abhängigkeit des erfassten Leitwertes einzustellen. Der Leitwert ist ferner stark von den Eigenschaften bzw. Zusammensetzung des Wassers abhängig, insbesondere von mineralischen Zusätzen und der Temperatur, sodass der Abstand der Platten entsprechend in Abhängigkeit von den Eigenschaften und den Prozessanforderungen automatisch angepasst werden kann.

In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung umfasst das Antriebsmittel einen steuerbaren Motor / Aktor mit einer Hebelmechanik zur Verbindung des Motors / Aktors mit der beweglichen Platte. Dies ist eine besonders einfache Variante, weil der Aktor außerhalb des Reaktorbehälters angeordnet werden muss, wobei mittels der Hebelübersetzung die Kopplung und die Führung der beweglichen Platte erfolgt. In einer anderen, insgesamt vorteilhaften Ausführung umfasst das Antriebsmittel einen steuerbaren Motor mit einer daran gekoppelten Spindel zur Verbindung oder Kopplung des Motors mit der beweglichen Platte. Damit kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Abständen auf einfache Weise eingestellt werden. In Verbindung mit der Erfassung des Leitwertes kann eine sehr filigrane Regelung des Stromflusses bereitgestellt werden. Die Führung der beweglichen Platte kann dabei mittels einer Hebelmechanik oder einer Schienenführung bereitgestellt werden, um eine lineare Bewegung quer zur Flächenausdehnung der Platte bereitzustellen.

In einer insgesamt zweckmäßigen Ausführung beträgt das Behältervolumen einen Wert im Bereich 50 ml bis 2000 ml. Dies ist für eine Heizvorrichtung der vorstehend genannten Art für die meisten Anwendungen in wasserführenden Haushaltgeräten ausreichend und kann in den entsprechenden Geräten ohne nennenswerten konstruktiven Aufwand untergebracht werden.

In einer weitern, insgesamt zweckmäßigen Ausführung weist die Plattengröße einen Wert im Bereich von 10 cm2 bis 500 cm2 auf, wobei der Abstand der Platten variierbar im Bereich von 5 cm bis 0,5 cm ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein wasserführendes Gerät, wie Waschmaschine, Geschirrspüler oder Heißgetränkebereiter, mit einem Strömungsleitungssystem und einer darin angeordneten Heizvorrichtung gemäß einer der oben genannten Ausführungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 , 2: eine Heizvorrichtung in unterschiedlichen Situationen in einer ersten

Ausführung;

Fig.3, 4: eine Heizvorrichtung in unterschiedlichen Situationen in einer zweiten

Ausführung;

Fig. 5: einen Heißgetränkebereiter in einer skizzierten, perspektivischen, geöffneten

Ansicht und

Fig. 6: eine Waschmaschine in einer schematischen Darstellung.

Fig. 1 zeigt schematisch die Heizvorrichtung 9 in einer ersten Ausführung. Diese 9 umfasst einen Behälter 90 mit einem Einlasskanal 91 und einem Auslasskanal 92 und in dem Behälter 90 zwei beabstandete Platten 93, 94, welche als Elektroden fungieren und jeweils einen elektrischen Anschluss umfassen zum Anschluss an eine elektrische Spannungsquelle 102 zum Erzeugen eines Stromflusses I durch das zwischen den Platten befindliche Wasser W, wobei zumindest eine Platte 94 beweglich gelagert ist, um den Abstand zwischen den Platten 93, 94 und dadurch das zwischen den Platten 93, 94 bereitgestellte Wasservolumen zu verändern. Fig. 1 zeigt die Situation, in der die Platten 93, 94 einen großen Abstand A zueinander aufweisen. Mittels einer Hebelmechanik 96 ist die bewegliche Platte 94 in dem Behälter 90 geführt. Ein Antriebsmittel 95 dient zum Antrieb der Hebelmechanik, um die Platte 94 zu bewegen, um den parallelen Abstand der Platte 94 zur feststehenden Platte 93 zu verändern. Die Steuervorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, die entsprechende Wechselspannung zu den Platten 93, 94 zu schalten und zum aktivieren des Antriebsmittels 95, um den Abstand A der Platten 93, 94 zueinander einzustellen. Mit dem Erfassungsmittel 98 kann der Leitwert der im Behälter befindlichen Flüssigkeit W erfasst werden und der Steuervorrichtung 100 zugeführt werden. Anhand des erfassten Leitwertes und den vorgegebenen Anforderungen für die Wassererhitzung kann die Steuervorrichtung 100 das Antriebsmittel 95 aktivieren, um den Abstand A so einzustellen, dass sich ein elektrischer Stromfluss I einstellt, der zur gewünschten Erhitzung des Wassers W führt. Die Heizvorrichtung 9 ist hierbei als Durchlauferhitzer ausgebildet, sie kann auch als Boiler ausgebildet sein. Der Strom I ist aufgrund der an den Platten 93. 94 angelegten Wechselspannung ein Wechselstrom mit gleicher Frequenz.

Fig. 2 zeigt die Heizvorrichtung 9 gemäß der oben beschriebenen Ausführung, jedoch mit veränderter Position der beweglichen Platte 94. Die Platte 94 ist hierbei in Richtung der feststehenden Platte 93 verfahren, sodass sich die beiden Platten 93, 94 in einem kleineren Abstand A zueinander befinden, bezogen auf die in Fig. 1 skizzierte Situation. Die Hebelmechanik 96 dient hierbei zur Umsetzung der Drehbewegung des Antriebsmittels 95 in eine Linearbewegung sowie zur stabilen Führung der beweglichen Platte 94.

Fig. 3 zeigt schematisch die Heizvorrichtung 9 in einer zweiten Ausführung. Diese 9 umfasst einen Behälter 90 mit einem Einlasskanal 91 und einem Auslasskanal 92 und in dem Behälter 90 zwei beabstandete Platten 93, 94, welche als Elektroden fungieren und jeweils einen elektrischen Anschluss umfassen zum Anschluss an eine elektrische Spannungsquelle 102 zum Erzeugen eines Stromflusses I durch das zwischen den Platten 93, 93 befindliche Wasser W, wobei zumindest die Platte 94 beweglich gelagert ist, um den Abstand A zwischen den Platten 93, 94 und dadurch das zwischen den Platten 93, 94 bereitgestellte Wasservolumen zu verändern. Fig. 1 zeigt die Situation, in der die Platten 93, 94 einen großen Abstand zueinander aufweisen. Mittels einer Spindel 97 ist die bewegliche Platte 94 in dem Behälter 90 geführt. Ein Antriebsmittel 95 dient zum Antrieb der Spindel 97, um die Platte 94 zu bewegen, um den parallelen Abstand A der Platte 94 zur feststehenden Platte 93 zu verändern. In dem skizzierten Beispiel ist die Spindel 97 als feststehende Gewindestange ausgebildet, die an der Rückseite der beweglichen Platte 94 angebracht ist. Der Motor 95 treibt einen entsprechenden Mitnehmer an, der die Gewindestange 97 linear bewegen kann. Ein weiteres Führungsmittel 99 dient zur Stabilisierung der beweglichen Platte 94. Die Steuervorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, die entsprechende Wechselspannung zu den Platten 93, 94 zu schalten und zum aktivieren des Antriebsmittels 95, um den Abstand A der Platten 93, 94 zueinander einzustellen. Mit dem Erfassungsmittel 98 kann der Leitwert der im Behälter befindlichen Flüssigkeit W erfasst werden und der Steuervorrichtung 100 zugeführt werden. Anhand des erfassten Leitwertes und den vorgegebenen Anforderungen für die Wassererhitzung kann die Steuervorrichtung 100 das Antriebsmittel 95 aktivieren, um den Abstand so einzustellen, dass sich ein elektrischer Stromfluss I einstellt, der zur gewünschten Erhitzung des Wassers W führt. Die Heizvorrichtung 9 ist hierbei als Durchlauferhitzer ausgebildet, sie kann auch als Boiler ausgebildet sein. Der Strom I ist aufgrund der an den Platten 93. 94 angelegten Wechselspannung ein Wechselstrom mit gleicher Frequenz.

Fig. 4 zeigt die Heizvorrichtung 9 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführung, jedoch mit veränderter Position der beweglichen Platte 94. Die Platte 94 ist hierbei in Richtung der feststehenden Platte 93 verfahren, sodass sich die beiden Platten 93, 94 in einem kleineren Abstand A zueinander befinden, bezogen auf die in Fig. 3 skizzierte Situation. Der Spindelantrieb 97 dient hierbei zur Umsetzung der Drehbewegung des Antriebsmittels 95 in eine Linearbewegung sowie zur stabilen Führung der beweglichen Platte 94.

Die Fig. 5 zeigt am Beispiel eines als Standgerät ausgebildeten Heißgetränkebereiter 1 mit allen relevanten Komponenten für die Zubereitung eines Heißgetränks. Der Getränkebereiter 1 umfasst unter anderem ein Gehäuse 11 , in dem der Vorratsbehälter 71 für Kaffeebohnen B mit darunter angebrachtem Mahlwerk 70 mit Motor, den Wasserbehälter 14 sowie die Möglichkeit, der Unterbringung des Strömungsleitungssystems 2. Das Gehäuse 11 dient ferner als Trägergestell für die Brüheinheit 40, wobei sich in der eingesetzten Position eine Schrägstellung der Brühkammer 41 ergibt. Im Frontbereich des Heißgetränkebereiter 1 verfügt dieser über einen höhenbeweglichen Auslass 20, in dem mehrere Entnahmeeinrichtungen, hier Auslassdüsen 21, 22 untergebracht sind. Bei der Entnahmeeinrichtung 22 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Dampfdüse zur Abgabe heißen Wasserdampfes oder heißem Wasser, beispielsweise zur Verdünnung eines fertigen Kaffees oder zur Zubereitung eines Teegetränks. Die Entnahmeeinrichtung 21 stellt eine Ausgabeleitung oder Ausgabedüse 21 zur Abgabe von Kaffeegetränken dar. Eine Brüheinheit 40 mit einer Brühkammer 41 im Inneren des Gerätes 1 dient zur Zubereitung des Getränkes, wobei in die Brühkammer 41 das Kaffeepulver eingebracht und anschließend mit heißem Wasser durchflutet wird, sodass zur Ausgabeleitung und durch die Ausgabedüse 21 das fertige Kaffeegetränk ausgegeben wird. Den oberen Abschluss der Abstellfläche 33 bildet ein Abtropfblech 32, das mit Öffnungen und Schlitzen versehen ist, um Flüssigkeitsreste in einer unterhalb des Abtropfbleches 32 vorhandenen Auffangschale 34 abzuführen. Ferner umfasst der Heißgetränkebereiter 1 einen Tresterbehälter 35, in den die aufgebrauchte Substanz, beispielsweise Kaffeekuchen, nach Vollendung der Getränkezubereitung hineingeworfen wird. Das Gerät 1 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, die einzelnen Funktionsbaugruppen, wie Pumpen 8, Ventilanordnung V und Heizeinrichtung 9 (als Durchlauferhitzer ausgebildet) und Mahlwerk 70, soweit vorhanden, zu steuern, wie es für die Zubereitung des jeweils ausgewählten Getränkes notwendig ist. Die Steuereinrichtung 18, die als Mikrocontroller uC mit einem zugeordneten Speicher MEM ausgeführt ist, ist in dieser Ausführung ferner dazu eingerichtet, die Ventile V des Strömungsleitungssystems 2 so anzusteuern, dass das heiße Wasser durch die Brühkammer 41 , gepumpt wird. Eine an der Frontblende 10 angeordnete Bedien- und Anzeigevorrichtung 15 stellt die Bedienhandhabe für Benutzereingaben bereit und ein Display für Zustandsanzeigen oder Eingabemöglichkeiten zur Zubereitung von Getränken. Bevorzugt ist die Bedien- und Anzeigevorrichtung 15 als Berührbildschirm ausgebildet. In der Steuereinrichtung 18 Getränkebereiters 1 können die Steueraufgaben für die Heizvorrichtung 8 implementiert oder integriert sein.

In Fig. 6 ist als Beispiel für ein wasserführendes Gerät eine Waschmaschine 80 schematisch dargestellt. Die Waschmaschine 80 enthält ein Gehäuse 81 , in dem alle wesentlichen Komponenten zum Durführen eines automatisierten Waschprozesses notwendig sind. Hierbei sind es der Laugenbehälter 82, die darin drehbar angetriebene Trommel 84 und die Steuervorrichtung 18. Ferner ist ein Wasseranschluss 83 zum Anschluss an das Versorgungsnetz sowie ein steuerbares Einlassventil 85 vorhanden, um Wasser W in den Laugenbehälter 82 und die Trommel 84 einzulassen. Die Ablaufvorrichtung 86 unterhalb des Laugenbehälters 82 dient zum Anschluss einer Umflutpumpe 87, um das Wasser W oder die mit Waschmittel versetzte Waschlauge aus dem Laugenbehälter 82 heraus durch die Umflutleitung 88 in den oberen Bereich der Trommel 84 zu fördern und dort einzuspritzen. Auf der Druckseite der Pumpe 87 ist die Heizvorrichtung 9 angeordnet, die als Durchlauferhitzer ausgebildet ist, wobei am Auslass 92 (Fig. 1 - 4) der Heizvorrichtung 9 die Umflutleitung 88 angeschlossen ist. An der Ablaufvorrichtung 86 ist ferner der Ablaufschlauch 89 abgeschlossen, um die aufgebrauchte Waschlauge oder Wasser W aus dem Laugenbehälter 82 mittels der Ablaufpumpe 87a herauszufördern.

Die Steuereinrichtung 18 dient dazu, die Pumpe 87, Antrieb für die Trommel 94, die Heizvorrichtung 9 und die Ventile 85 zu aktivieren und zu deaktivieren, um den gewünschten Waschprozess für die Wäsche 800 durchzuführen. In der Steuereinrichtung 18 der Waschmaschine 80 können die Steueraufgaben für die Heizvorrichtung 9 implementiert oder integriert sein.