DE69111063T2 - Flüssigkeitserhitzer. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einen Flüssigkeitserhitzer.
• Ein Flüssigkeitserhitzer ist in unserer vorhergehenden internationalen Anmeldung Nr. WO 91/07624 vorgeschlagen worden mit einem Steuermittel zum Ermöglichen, daß ein Behälter teilweise mit Flüssigkeit gefüllt wird und die Flüssigkeit auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird, bevor mehr Flüssigkeit in den Behälter eingefüllt wird.
• Solche Steuermittel sind komplex, da die Betriebsfunktionen der Steuerung eines Füllventils und die Steuerfunktion des Ein- und Ausschaltens eines Aufheizmittels notwendigerweise miteinander wechselwirken müssen, und da sie komplex sind, neigen sie dazu, zu versagen, und sind teuer.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung liefern wir einen Flüssigkeitserhitzer umfassend einen Behälter, der einen Einlaß für kalte Flüssigkeit und einen Auslaß für heiße Flüssigkeit, ein elektrisch betriebenes Ventilmittel zum Steuern des Flüssigkeitsflusses in den Behälter durch den Einlaß und ein Aufheizmittel zum Aufheizen der Flüssigkeit in dem Behälter aufweist, ein erstes Steuermittel, das zum Steuern des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter wirksam ist, wobei das erste Steuermittel einen Niveausensor umfaßt, auf welchen das erste Steuermittel antwortet durch Geschlossenhalten des elektrisch betriebenen Ventilmittels, wenn das Flüssigkeitsniveau in den Behälter eine obere Grenze erreicht, und der Erhitzer ein zweites Steuermittel aufweist, das einen Temperatursensor enthält, auf welchen das zweite Steuermittel antwortet durch Unwirksammachen des Aufheizmittels, wenn eine Temperatur oberhalb einer ersten Schwellentemperatur gefühlt wird, und Wirksammachen, wenn eine Temperatur unterhalb einer zweiten Schwellentemperatur gefühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuermittel unabhängig von dem ersten Steuermittel wirksam und die zweite Schwellentemperatur niedriger als die erste Schwellentemperatur ist, und, wenn Flüssigkeit durch den Ausfluß abgezogen wird, das elektrisch betriebene Ventilmittel dem Flüssigkeitsfluß in den Behälter erlaubt, im wesentlichen kontinuierlich zu sein, bis das Flüssigkeitsniveau in dem Behälter die obere Grenze erreicht, wobei die Rate des Flüssigkeitseinflusses und die Rate der dissipierten Wärme von dem Aufheizmittel so ist, daß die Temperatur der Flüssigkeit in dem Behälter, wie durch den Temperatursensor gefühlt, nicht wesentlich unter die zweite Schwellentemperatur fällt.
• Das elektrisch betriebene Ventilmittel kann ein solenoidbetriebenes Ventil umfassen, welches federvorgespannt auf eine normalerweise geschlossene Stellung ist, wobei der Solenoid, wenn aktiviert, ein Ventilglied des Ventilmittels in eine offene Stellung bewegt, um der Flüssigkeit zu erlauben, durch das Ventil in den Behälter zu fließen.
• Daher kann der Flüssigkeitsfluß in den Behälter im wesentlichen kontinuierlich sein, bis das Flüssigkeitsniveau die obere Grenze erreicht, wobei die einfließende Flüssigkeit im wesentlichen instantan durch das Aufheizmittel erhitzt wird, auf die erste Schwellentemperatur zu.
• Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die eine schematische Illustration eines Erhitzers in Übereinstimmung mit der Erfindung ist.
• Wie der Figur zu entnehmen ist, ist dort ein Erhitzer 10 für Flüssigkeit, in diesem Beispiel Wasser, gezeigt, wobei der Erhitzer 10 einen Behälter 11 umfaßt, der isoliert sein kann, wenn nötig, und ein Einlaß 20 für kaltes Wasser und ein Auslaß 18 für heißes Wasser vorhanden ist, wobei der Auslaß mit einem Hahn (nicht gezeigt) verbunden ist, aus welchem das heiße Wasser aus dem Behälter 11 abgezogen werden kann. Ein Aufheizmittel, das ein elektrisches Heizelement 12 umfaßt, ist zum Erhitzen des Wassers in dem Behälter bereitgestellt.
• Der Wasserfluß durch den Einlaß 20 in den Behälter verläuft über ein elektrisch betriebenes Ventil 22, das sich in Antwort auf ein geeignetes Signal von einem ersten Steuermittel C1 öffnet und schließt. Das Ventil 22 kann, beispielsweise, von einem Typ sein, der federvorgespannt ist in eine normalerweise geschlossene Stellung, wobei der Solenoid, wenn aktiviert, ein Ventilglied des Ventils in eine offene Stellung bewegt, um dem Wasser zu erlauben, in den Behälter 10 zu fließen.
• Eine Stromversorgung für das Heizelement 12 wird durch ein zweites Steuermittel C2 bereitgestellt.
• Das erste Steuermittel C1 umfaßt ein Paar von Niveausensoren 24 und 28, wobei die Sensoren 24, 28 das Wasserniveau an ihren jeweiligen Positionen fühlen, in einem isolierten Rohr 23, das mit dem Behälter 11 verbunden ist, um mit Wasser gefüllt zu werden, wenn sich der Behälter 11 füllt.
• Die Niveausensoren 24 und 28 umfassen jeweils vorzugsweise einen elektronischen Meßkopf, aber alternative Typen von Niveausensoren können bereitgestellt sein, wenn gewünscht.
• Der Niveausensor 24 ist gerade oberhalb des Niveaus des Auslasses 18 angeordnet, (oder zumindest oberhalb des Niveaus des Elements 12). Das erste Steuermittel C1 ist angeordnet, um auf den Sensor 24 zu antworten, um einer Bedienperson des Erhitzers anzuzeigen, wann das Wasserniveau unterhalb des des Niveausensors 24 liegt, während der Niveausensor 28 dort angeordnet ist, wo das maximale obere Füllungsniveau des Behälters 11 gefordert ist.
• Das zweite Steuermittel C2 umfaßt einen Temperatursensor 29, um die Temperatur des Wassers oberhalb des Niveaus des Heizelements 12 zu fühlen, aber an oder unterhalb des Niveaus des Auslasses 18.
• Der Erhitzer 10 umfaßt auch eine nicht isolierte Kondensorkammer 15, in welche Dunst und Dampf des heißen Wassers von dem erhitzten Wasser in dem Behälter 11 aufsteigen kann, wobei der Kondensor 15 dafür einen Abzug bereitstellt.
• Das Rohr 23, in welchem die Niveausensoren 24 und 28 das Flüssigkeitsniveau fühlen, wird auch in den Kondensor 15 entlüftet. Der Kondensor 15 wird über eine Überflußleitung 21 belüftet, die auch zum Abströmen des Wassers bereitgestellt ist, für den Fall, daß der Behälter 10 aus irgendeinem Grund überfüllt sein sollte.
• Der Betrieb des Erhitzers 10 wird nunmehr beschrieben.
• Das zweite Steuermittel C2 weist eine Übersteuerungseinrichtung auf, die dem Wasser ermöglicht, ursprünglich in dem Erhitzer 10 zumindest bis auf ein Niveau aufgefüllt werden zu können, so daß das Heizelement 12 oder das Niveau das Auslasses 11 überdeckt ist. Das Heizelement 12 ist vorzugsweise unwirksam gemacht während dieses Betriebs, wie im Anschluß beschrieben.
• Mit Wasser an diesem Niveau und der unwirksam gemachten Übersteuerungseinrichtung kann der Erhitzer 10 in Betrieb genommen werden. Das Solenoidventil 22 wird geöffnet werden, um mehr kaltes Wasser in den Behälter 11 zu lassen, und das Heizelement 12 wird mit Strom versorgt.
• Das Ventil 22 ist so angeordnet, daß es dem Wasser erlaubt, in den Behälter 10 mit einer gesteuerten Rate einzutreten, so daß das Heizelement 12 das einfließende Wasser in wesentlichen instantan auf eine ersten Schwellentemperatur, z.B. 99ºC, aufheizen kann, ohne daß die Temperatur des Wassers in dem Behälter unter eine zweite, niedrigere Schwellentemperatur fällt, zumindest wenn stationäre Zustandsbedingungen erreicht sind, d.h. nach dem ersten Füllzyklus und wenn Wasser in dem Erhitzer, nach dem anfänglichen Einschalten, auf die erste Schwellentemperatur erhitzt worden ist. Wenn das Wasserniveau das Niveau des Sensors 28 erreicht hat, wird das Ventil 22 durch das erste Steuermittel C1 geschlossen.
• Das zweite Steuermittel C2 steuert das Heizelement 12 koinplett unabhängig von dem ersten Steuermittel C1, so daß das Heizelement 12 von der Stromversorgung abgeschaltet wird, sobald der Temperatursensor 29 eine Temperatur an oder oberhalb einer ersten Schwellentemperatur fühlt, und das zweite Steuermittel C2 macht das Heizelement 12 wirksam, wenn eine Temperatur in wesentlichen unterhalb einer zweiten Schwellentemperatur gefühlt wird.
• Daher wird das Heizelement 12 von dem ersten Steuermittel mit Energie versorgt, um das Wasser in dem Behälter 11 zu erhitzen, sobald der Temperatursensor 29 "kalt" fühlt, und von der Energieversorgung abgeschnitten, wenn der Sensor 29 "heiß" fühlt.
• Daher ist das Auffüllen im wesentlichen kontinuierlich, wobei die Temperatur des Wassers in dem Behälter 11 an oder unterhalb der ersten Schwellentemperatur gehalten wird, die beispielsweise eine Temperatur sein kann, die dem Siedepunkt nahekommt, z.B. 99ºC, aber an oder oberhalb der zweiten Schwellentemperatur liegt, die vorzugsweise nur ein paar Grad niedriger ist, wenn stabile Zustandsbedingungen erreicht worden sind. Wenn die Flüssigkeit das Niveau des Sensors 28 erreicht, wird das erste Steuermittel C1 das Ventil 22 in dem geschlossenen Zustand halten, bis das Wasserniveau fällt, oder heißes Wasser abgezogen wird.
• Wenn kein heißes Wasser abgezogen wird, wird das Heizelement 12 daher ein- und ausschalten, wenn der Temperatursensor 29 kalt bzw. heiß fühlt, so daß die Temperatur in dem Behälter an dem oberen Grenzniveau des Sensors 28 zwischen der ersten und zweiten Schwellentemperatur bleibt.
• Sobald heißes Wasser durch den Auslaß 18 abgezogen wird, wird der Sensor 28 nicht länger die Gegenwart der Flüssig]teit an dem Füllungsniveau des Behälters 11 füllen und demgemäß wird das Solenoidventil 22 geöffnet werden, um mehr kaltes Wasser in den Behälter zu lassen. Nachfüllen wird mit der gesteuerten Rate weiter fortschreiten, bis das Niveau der Flüssigkeit wieder das Niveau des Sensors 28 erreicht.
• In einer Anordnung sind die elektronischen Meßköpfe 24, 28 des ersten Steuermittels C1 mit Eingängen von Komparatoreinrichtungen einer elektronischen Schaltung oder mit elektronischen Brücken oder anderen Abgleichmitteln verbunden, so daß, sobald Wasser das Niveau der jeweiligen Sensoren 24, 28 erreicht, die Gegenwart des Wasser erfaßt wird.
• Der Temperatursensor 29 kann eine mechanische Vorrichtung umfassen, wie eine bi-metallische Einschnappscheibe, -leist, oder eine andere mechanische Vorrichtung oder eine elektronische Vorrichtung, wie benötigt.
• Innerhalb des Kondensors 15 ist vorzugsweise ein erster Sicherheitssensor 30 bereitgestellt, der angeordnet ist, um die Stromversorgung von dem Erhitzer 10, komplett, irreversible, abzutrennen, sollte der Temperatursensor 30 eine Temperatur oberhalb einer maximalen Sicherheitstemperatur fühlen. Daher kann in dem Fall des Versagens einer der Steuermittel C1, C2 das Wasser in dem Behälter nicht überhitzt werden.
• Eine zweite Sicherheitseinrichtung 26 ist bereitgestellt, die einen thermostatischen Sensor umfaßt, der in naher Nähe an dem Heizelement 12 angeordnet ist. Daher wird die Stromversorgung zumindest zu dem Element 12 unterbrochen, nach dem anfänglichen Einfüllen des Behälters und in dem Fall, daß das Wasserniveau unter das Niveau des Elements 12 fällt, so daß das Element 12 nicht länger mit Wasser bedeckt ist.
• Jedoch, um das Element 12 davor zu schützen, unbedeckt zu sein, ist der Auslaß 18 oberhalb des Niveaus des Elements 12 bereitgestellt.
• Das elektrisch betriebene Ventil 22 ist vorzugsweise von dem Typ, der normalerweise in einer geschlossenen Stellung gehalten und nur geöffnet wird, wenn das Ventil ein elektrisches Signal empfängt.
• Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist die Stromversorgung L mit jedem der Steuermittel C1 und C2 verbunden. Es wird zu verstehen sein, daß, obwohl die Steuermittel C1 und C2 komplett unabhängig voneinander arbeiten, sie eine gemeinsame Stromversorgung sich teilen können, wie in der Zeichnung angezeigt, und/oder auf einer gemeinsamen Schaltungstafel bereitgestellt sind, wenn gewünscht. Die Versorgung kann eine Hochspannungsversorgung sein, bei der jedes der Steuermittel C1 und C2 sein eigenes Transformatormittel hat, oder kann eine Niedrigspannungsversorgung sein, bei der jedes der Steuermittel C1 und C2 eine Hochspannungsversorgung steuert, um jeweils das Solenoidventil 22 und das Heizelement 12 zu betreiben.
• Eine alternative Sicherheitsvorrichtung zum Liefern eines Temperatursensors 30 innerhalb der Kondensorkammer 15 kann bereitgestellt sein. Bevorzugt ist allerdings, daß dort, wo der Temperatursensor in der Kondensorkammer 15 bereitgestellt ist, die Kammer nicht isoliert ist, so daß der Dunst und der heiße Dampf von dem Wasser in dem Behälter einfach an der Innenoberfläche der Kondensorkammer 12 kondensiert.

Claims (7)

1. Flüssigkeitserhitzer umfassend einen Behälter (10), der einen Einlaß (20) für kalte Flüssigkeit und einen Auslaß (18) für heiße Flüssigkeit, ein elektrisch betriebenes Ventilmittel (22) zum Steuern des Flüssigkeitsflusses in den Behälter (10) durch den Einlaß (20) und ein Aufheizmittel (12) zum Aufheizen der Flüssigkeit in dem Behälter (10) aufweist, ein erstes Steuermittel (C1), das zum Steuern des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter (10) wirksam ist, wobei das erste Steuermittel (C1) einen Niveausensor (28) umfaßt, auf welchen das erste Steuermittel (C1) antwortet durch Geschlossenhalten des elektrisch betriebenen Ventilmittels (22), wenn das Flüssigkeitsniveau in dem Behälter (10) eine obere Grenze erreicht, und der Erhitzer ein zweites Steuermittel (C2) aufweist, das einen Temperatursensor (29) enthält, auf welchen das zweite Steuermittel (C2) antwortet durch Unwirksammachen des Aufheizmittels (12), wenn eine Temperatur oberhalb einer ersten Schwellentemperatur gefühlt wird, und Wirksammachen, wenn eine Temperatur unterhalb einer zweiten Schwellentemperatur gefühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuermittel (C2) unabhängig von dem ersten Steuermittel (C1) wirksam und die zweite Schwellentemperatur niedriger als die erste Schwellentemperatur ist, und, wenn Flüssigkeit durch den Ausfluß (18) abgezogen wird, das elektrisch betriebene Ventilmittel (22) dem Flüssigkeitsfluß in den Behälter (10) erlaubt, im wesentlichen kontinuierlich zu sein, bis das Flüssigkeitsniveau in dem Behälter (10) die obere Grenze erreicht, wobei die Rate des Flüssigkeitseinflusses und die Rate der dissipierten Wärme von dem Aufheizmittel (12) so sind, daß die Temperatur der Flüssigkeit in dem Behälter (10), wie durch den Temperatursensor (29) gefühlt, nicht wesentlich unter die zweite Schwellentemperatur fällt.

2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch betriebene Ventilmittel (22) ein solenoidbetriebenes Ventil umfaßt, welches federvorgespannt auf eine normalerweise geschlossene Stellung ist, wobei der Solenoid, wenn aktiviert, ein Ventilglied des Ventilmittels (22) in eine offene Stellung bewegt, um der Flüssigkeit zu erlauben, durch das Ventil (22) in den Behälter (11) zu fließen.

3. Erhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsniveausensor einen elektronischen Meßkopf (28) umfaßt wobei das erste Steuermittel (C1) so angeordnet ist, daß es das elektrisch betriebene Ventilmittel (22) dazu bringt, zu schließen, wenn der Niveausonsor (28) Flüssigkeit an der oberen Grenze fühlt.

4. Erhitzer nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuermittel (C1) einen zweiten Flüssigkeitsniveausensor (24) enthält, der bei einem Niveau unterhalb des des ersten Flüssigkeitsniveausensors (28) ist, wobei das erste Steuermittel (C1) auf den zweiten Sensor (24) durch Liefern einer Anzeige an einen Benutzer des Erhitzers antwortet, wenn das Flüssigkeitsniveau unter dem des zweiten Niveausensors (24) ist.

5. Erhitzer nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer einen Sicherheitssensor (30) umfaßt, der zum Fühlen einer Temperatur oberhalb der normalen Betriebstemperatur des Erhitzers angeordnet ist, um die Stromversorgung des Erhitzers abzuklemmen.

6. Erhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitssensor (30) in einer Kondensorkammer (15) bereitgestellt ist, die oberhalb des Behälters (10) angeordnet ist, wobei heißer Dampf, der in dem Behälter (10) hergestellt wird, wenn die Flüssigkeit erhitzt wird, in die Kondensorkammer (15) gelangt und auf den Sicherheitssensor (30) auftrifft.

7. Erhitzer nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuermittel (C2) ein Übersteuerungsmittel (26) enthält, um einer Bedienperson zu ermöglichen, anfänglich den Behälter zumindest bis zu einem Niveau oberhalb des Aufheizmittels (12) aufzufüllen und&sub1; wenn das Übersteuerungsmittel (26) unwirksam gemacht ist, dem ersten und zweiten Steuermittel (C1, C2) zu erlauben, ihren Steuerfunktionen nachzukommen.