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Die vorliegende Endung betrifft eine
Temperiereinrichtung für
den Kochbereich mit einer Platte mit mindestens einer Wärmeaufnahmefläche, die
die eine Seite der Platte bildet, und einer gegenüberliegenden
Wärmeabgabefläche, wobei
die Platte mindestens eine Kammer aufweist, die durch eine obere, die
Wärmeabgabefläche aufweisende
Deckenplatte und eine untere, die Wärmeaufnahmefläche aufweisende
Bodenplatte begrenzt ist, und wobei die Kammer ein Medium enthält, das
auf der Bodenplatte unter Wärmezufuhr
verdampft und an der Deckenplatte unter Wärmeabgabe kondensiert.
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Temperiereinrichtungen für den Kochbereich,
insbesondere Kochplatten oder Kochfelder, sind in einer großen Vielfalt
bekannt und insbesondere im Haushaltsbereich im täglichen
Einsatz. Beim Zubereiten von Speisen unter Verwendung solcher Kochstellen
werden Töpfe
und Behältnisse
sehr unterschiedlicher Größen und
Formen verwendet. Aus diesem Grund haben Kochfelder mit unterschiedlichen
Kochstellen und Erwärmungszonen
unterschiedliche Größen, so
daß die
verschiedenen Behältnisse
ihrer Größe bzw.
Bodenfläche
entsprechend auf eine annähernd
passende Kochfläche
aufgestellt werden können.
Falls die Flächen
der Temperiereinrichtung größer als
die darauf aufgestellte Bodenfläche
des Kochbehältnisses
ist, geht eine Menge an Wärme
verloren, das heißt,
eine effektive Er wärmung
kann somit nicht erfolgen. Entsprechend wird gerade im Haushaltsbereich
sehr viel Wärme
und Energie vergeudet. Ein sehr offenkundiges Problem stellt auch
die Zubereitung eines Espressos mit Hilfe einer kleinen Espressokanne
auf einer herkömmlichen
Herdplatte dar, da die Herdplatte in der Regel sehr viel größer als
die Grundfläche
der Espressokanne ist.
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Es gibt auch das umgekehrte Problem,
daß zu
große
Töpfe auf
zu kleinen Heizplatten stehen, wodurch eine ungleichmäßige Erwärmung/Wärmeübertragung
mit nachteiligen Temperaturgradienten am Topfboden erfolgt (z.B.
Wecktopf (Einkochtopf)).
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Man ist auch dazu übergegangen,
induktiv betriebene Kochstellen einzusetzen, was allerdings erfordert,
dass dafür
geeignete Koch- und Bratbehältnisse
eingesetzt werden. Insofern ist es fraglich, ob sich solche induktiv
betriebenen Heizeinrichtungen und Kochstellen durchsetzen werden,
zumal vor dem Hintergrund der immer stärker beachteten EMV (elektromagnetischen
Verträglichkeit}.
Verbunden mit der hohen Energievergeudung dadurch, dass zu beheizende
und heizende Flächen
nicht in jedem Fall zueinander passen, ergeben sich letztendlich
erhöhte
CO2-Emissionen, die es zu vermeiden gilt.
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Eine Temperiereinrichtung der eingangs
genannten Art ist aus der
JP
081 31 339 A bekannt. Diese Temperiereinrichtung ist als
Heat-Pipe-System mit einem Behälter,
der einen Thermo-Siphon bildet ausgestaltet.
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Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen
Stand der Technik und der geschilderten Problematik liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Temperiereinrichtung für den Kochbereich
zu schaffen, die den täglichen
Bedürfnissen besser
angepaßt
ist, insbesondere im Hinblick auf die sehr unterschiedlich verwendeten
Kochbehältnisse, die
sich wesentlich in ihren Bodenflächen, über die Wärme von
der Temperiereinrichtung übertragen wird,
unterscheiden.
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Gelöst wird die vorstehend angegebene
Aufgabe mit einer Temperiereinrichtung für den Kochbereich mit einer
Platte mit mindestens einer Wärmeaufnahmefläche, die
die eine Seite der Platte bildet, und einer gegenüberliegenden
Wärmeabgabefläche, wobei
die Platte mindestens eine Kammer aufweist, die durch eine obere,
die Wärmeabgabefläche aufweisende
Deckenplatte und eine untere, die Wärmeaufnahmefläche aufweisende
Bo denplatte begrenzt ist, wobei die Kammer ein Medium enthält, das
auf der Bodenplatte unter Wärmezufuhr
verdampft und an der Deckenplatte unter Wärmeabgabe kondensiert, wobei
die Innenseite zumindest der Boden- oder der Deckenplatte eine die
Oberfläche
vergrößernde Strukturierung
aufweist, und wobei die Strukturierung durch eine thermisch aufgespritzte
Schicht gebildet ist.
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Eine solche Temperiereinrichtung
ist einfach und kostengünstig
zu fertigen und passt sich den jeweiligen Gegebenheiten an, indem
die Wärmeübertragung
auf den Bereich der Deckenplatte konzentriert wird, der durch die
Bodenfläche
eines darauf aufgestellten Kochbehältnisses überdeckt wird. Das in der Kammer
verdampfte Medium wird aufgrund des durch das auf die Wärmeabgabefläche der
Deckenplatte aufgestellten Behältnisses
hervorgerufenen Wärmegradienten,
das heißt,
der sich dort ergebenden Wärmesenken,
bevorzugt kondensiert, so daß gerade
in diesem Bereich erhöht
Energie über das
verdampfte und sich an diesen Flächen
kondensierende Medium zugeführt
wird. Solche Temperiereinrichtungen können hinsichtlich der Wärmeaufnahmefläche der
größten, erforderlichen
Kochfläche
angepaßt
werden und es kann eine solche Kochfläche für kleinste Kochbehältnisse,
beispielsweise eine kleine Espressokanne, genutzt werden. Auch ist
die Möglichkeit
gegeben, den gesamten erforderlichen Kochbereich, der üblicherweise
im Haushaltsbereich bereits mehrere separate Heizflächen umfaßt, in einer
Anordnung auszuführen,
da eine solche Temperiereinrichtung dann auch für mehrere Kochbehältnisse
gleichzeitig benutzt werden kann. Aufgrund der vorstehend beschriebenen
Eigenschaften der Temperiereinrichtung kann diese sehr einfach gestaltet werden
und deckt dennoch einen großen
Einsatzbereich ab.
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Um eine größere Wärmeübertragungsfläche innerhalb
der Kammer zu erreichen, weist die Innenseite der Deckenplatte eine
die Oberfläche
vergrößernde Strukturierung
auf. Eine solche Strukturierung wird durch eine thermisch aufgespritzte
Schicht gebildet. Solche Strukturierungen sind kostengünstig herstellbar.
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Weiterhin kann die Schicht zumindest
teilweise offenporig sein, so daß ein großer, effektiver Oberflächenbereich
erhalten wird. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird
die Schicht durch thermisches Spritzen/Beschichten von Pulverpartikeln unter
Bildung von Poren erzeugt, wobei die Pulverpartikel zur Erzeugung
der Porenstruktur oberflächlich an geschmolzen
sind und durch den Grad des Anschmelzens der Anteil der offenen
Porenstruktur eingestellt ist. Mit einer solchen Maßnahme sind
sehr definierte Porenstrukturen einstellbar unter gleichzeitiger
Sicherstellung, dass die offenen Poren erhalten werden, das heißt, daß im wesentlichen
keine geschlossenen Porenstrukturen erzeugt werden. Diese durch
thermisches Spritzen/Beschichten von Pulverpartikeln erzeugten Kapillarstrukturen,
die zumindest auf Teilen der Innenseite der Deckenplatte gebildet sind,
führen
zu offenen Porenstrukturen, die hinsichtlich ihres Aufbaus äußerst stabil
und sehr effektiv hinsichtlich des Wärme- und Stofftransportes sind.
Zum Erzeugen einer solchen Schicht sollte ein Hochfrequenzplasmaspritzverfahren
eingesetzt werden. Gerade mit einem solchen Spritzverfahren können die einzelnen
Pulverpartikel definiert durch Einstellung der Verfahrensparameter,
wie Druck, Flammenabstand, Leistung, usw., in der Oberfläche angeschmolzen
werden. Die aufeinandergeschichteten Pulverpartikel verbinden sich
dann oberflächenmäßig unter Erhaltung
der Porenstruktur aufgrund der nicht angeschmolzenen Kerne der Pulverpartikel.
Bevorzugte Partikelgrößen liegen
hierbei im Bereich von 10 μm bis
800 μm,
insbesondere im Bereich von 100 μm und
250 μm.
Weiterhin sollte der offene Porenradius überwiegend 5 bis 500 μm, vorzugsweise
50 μm bis 170 μm, betragen.
Der Volumenanteil der Poren im Gesamtvolumen der Schicht kann im
Bereich von 10 bis 80% liegen.
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Vorzugsweise wird als Medium, das
in der Kammer vorhanden ist, eine Flüssigkeit eingesetzt. Flüssigkeiten
haben den Vorteil, daß sie
in einem breiten Temperaturbereich einsetzbar und darüber hinaus
kostengünstig
sind. Eine andere Möglichkeit eines
Mediums, das in die Kammer einzufüllen ist, ist ein solches,
das bei Umgebungstemperatur einen festen Aggregatzustand besitzt.
Solche Medien sind dann zu bevorzugen, wenn außer dem Phasenwechsel flüssig-gasförmig zur
intensiven Wärmeübertragung
auch der Phasenwandel fest-flüssig
zur Wärmespeicherung
zwecks Warmhaltung beispielsweise des Kochgutes ausgenutzt werden
soll. Ein solches festes Medium kann ein Salzhydrat sein, bevorzugt Natriumacetat-Trihydrat.
Salzhydrate, insbesondere Natriumacetat-Trihydrat, haben den Vorteil,
daß sie Wärme zusätzlich speichern
können.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Behälter bzw. die Platte abnehmbar
ist und so als Wärmehalteplatte
benutzt werden kann. Im Falle von Natriumacetat-Trihydrat befindet
sich bei der Temperatur von 58°C
ein sogenannter Temperaturhaltepunkt. Während sich das Wärmeträgermedium bei
dieser Temperatur in den festen Aggregatzustand umwandelt, wird
Wärme frei. Auf
diese Weise kann Verlustwärme
durch Abkühlvorgänge ausgeglichen
werden.
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Als Medium in Form einer Flüssigkeit
ist Wasser einsetzbar.
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Als Medium kann auch ein Eutektikum
eingesetzt werden, das aus mindestens zwei Komponenten besteht.
Mit Eutektika kann man andere Temperaturhaltepunkte beim Erstarren
bzw. beim Sieden erhalten als mit Einstoffsystemen. Ein solches
flüssiges
Eutektikum besteht beispielsweise aus den beiden Komponenten Diphenyl
und Diphenyloxid.
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Um Wärme effektiv einkoppeln zu
können, kann
die Platte aus mittels Induktion aufheizbarem Metall oder einer
Metallegierung bestehen; als Metalle oder Metallegierungen kommen
solche in Frage, die aus Edelstahl, Kupfer, Aluminium bestehen oder diese
Bestandteile umfassen.
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Für
das thermische Beschichten werden bevorzugt Pulver aus Metallen
und/oder Metallegierungen eingesetzt, da sie gute Eigenschaften
sowohl beim Plasmaspritzen als auch beim Einsatz in der Temperiereinrichtung
haben und zudem kostengünstig
sind.
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Hinsichtlich eines Hochfrequenzplasmaspritzverfahrens
ist ein Vakuum-Hochfrequenzplasmaspritzverfahren besonders vorteilhaft,
da insbesondere der Druck, um die Poren und Porenstruktur der Schicht
einzustellen, ein wesentlicher Parameter ist; Drücke beim Aufbauen der Kapillarschicht sollten,
unter Einsatz eines solchen Verfahrens im Bereich von 5 × 103 bis 2 × 104 Pa liegen. Die vorstehend beschriebene
Temperiereinrichtung kann auch unmittelbar in den Boden eines Kochbehältnisses
integriert werden.
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Auch kann in die Bodenplatte der
Temperiereinrichtung unmittelbar eine Heizeinrichtung integriert
werden.
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Wird als Medium eine Flüssigkeit
eingesetzt, sollte die Kammer aus Sicherheitsgründen mit einem Überdruckventil
versehen werden.
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Falls Wasser als Medium in die Kammer
eingefüllt
wird, sollte eine Nachfülleinrichtung
vorgesehen werden, um eventuelle Flüssigkeitsverluste z.B. über das
Sicherheitsventil ausgleichen zu können. Als weitere Sicherheitseinrichtung
kann in die Platten eine Tem peraturfühleinrichtung eingesetzt werden, die
für eine
Temperaturbegrenzungseinrichtung ein Signal zur Begrenzung der Heizleistung
liefert.
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Falls die Temperiereinrichtung eine
von der Heizfläche
abnehmbare oder mobile Einheit ist, sollte das Medium ein solches
sein, das bei Umgebungstemperatur in fester Form vorliegt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer Temperiereinrichtung
mit einer auf die Wärmeabgabefläche der
Platte aufgestellten, angedeutet gezeigten Espressomaschine,
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2 einen
Schnitt durch die Platte der 1 mit
der in der Kammer eingefülltem
Flüssigkeiten,
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3 einen
Schnitt durch die Platte der 1 in
einer alternativen Ausführungsform
mit Kapillarschicht,
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4 eine
alternative Querschnittsgeometrie einer Platte, wie sie in ihrem
grundsätzlichen
Aufbau in der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 eingesetzt ist und die
in ihrer Schichtstruktur derjenigen der 2 entspricht, wobei in dieser Ausführungsform
eine Induktionsspule zum Beheizen eingesetzt wird, und
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5 eine
der 2 entsprechende
Querschnittsdarstellung der Platte mit zusätzlicher Beschichtung auf der
Innenseite, vergleichbar mit dem Aufbau der Platte der 3.
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Die Temperiereinrichtung, wie sie
schematisch in 1 gezeigt
ist, umfaßt
eine Platte 1 mit einer Wärmeaufnahmefläche 2,
in 2 die untere Seite,
die einer Bodenplatte 12 zugeordnet ist und mit einer Wärmeabgabefläche 3,
in 1 die obere Seite,
die einer Deckenplatte 13 zugeordnet ist. Die Wärmeabgabefläche 3 kann
als die Arbeitsfläche
bezeichnet werden, auf die ein zu erwärmendes Gefäß, im gezeigten Beispiel schematisch
angedeutet in Form einer Espressomaschine 4, aufgestellt
werden kann.
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Diese Platte 1 ist in zwei
alternativen Ausführungsformen,
jeweils aufgeschnitten, in den 2 und 3 dargestellt.
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Der Platte 1, d.h. deren
Wärmeaufnahmefläche 2,
ist in 1 eine Heizplatte 5,
vorzugsweise eine elektrische Heizplatte, zugeordnet.
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Wie in der 2 gezeigt ist, umfaßt die Platte 1 eine
Kammer 6, in die ein Wärmeträgermedium 7 eingefüllt ist.
Die Kammer 6 mit dem Wärmeträgermedium 7 stellt
ein abgeschlossenes System dar.
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Um die Espressomaschine 4,
wie sie in 1 gezeigt
ist, zu erwärmen,
wird die Heizplatte 5 erwärmt, die dann Wärme an die
Wärmeaufnahmefläche 2 der
Platte 1 abgibt. Das Wärmeträgermedium 7,
im kalten Zustand flüssig
oder auch fest, je nach Art des Wärmeträgermediums, wird verdampft und
schlägt
sich an der oberen Fläche
der Kammer 6, d.h. derjenigen, die der Wärmeabgabefläche 3 zugeordnet
ist, nieder und kondensiert entsprechend den dort vorhandenen Temperaturgradienten,
insbesondere hervorgerufen durch die auf der Wärmeabgabefläche 3 stehende verstärkt Wärme aufnehmende
Maschine 4. Die Innenwand der Kammer 6 ist mindestens
in der Bodenregion 12 mit einer porösen Kapillarschicht 8 ausgekleidet,
die den Rücktransport des
verflüssigten
Wärmeträgermediums
mittels Kapillarkräften
auf die gesamte Bodenfläche 12 unterstützt. Diese
Kapillarschicht 8 ist vorteilhafterweise mittels Hochfrequenz-Plasmaspritzverfahren
hergestellt, da mit einem solchen Verfahren eine definierte Kapillarstruktur
erstellt werden kann, die wesentlich den Wirkungsgrad dieser Heizeinrichtung
unterstützt. Der
Außenmantel
der Platte 1 ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden
Material hergestellt, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium. Das
Material der porösen
Innenbeschichtung kann ebenfalls aus Kupfer oder Aluminium, hinsichtlich
der guten Wärmeleitfähigkeit,
ausgebildet sein.
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In 3 ist
eine Platte 1 gezeigt, die, im Gegensatz zu der Anordnung
der 2, mit einer dickeren
Kapillarschicht versehen ist. Als Wärmeträgermedium wird insbesondere
Wasser in einem Temperaturbereich bis ca. 200°C eingesetzt. Es können auch
höhere
Temperaturen mit Wasser bis hin zum kritischen Punkt genutzt werden,
wenn wegen der dann entstehenden hohen Drücke entsprechende mechanische
Stabilitätsmaßnahmen
getroffen werden, so daß die
Vorrichtung nicht platzt oder bricht und sich die Wärme aufnehmenden
und/oder abgebenden Flächen
wegen des erforderlichen guten Wärmeübertragungskontaktes
nicht verformen. Soll ein Temperaturbereich bis ca. 350°C ausgeschöpft werden,
wird anstelle von Wasser jedoch vorzugsweise Thermoöl oder ein
anderes geeignetes Medium eingesetzt. In diesem Fall gelangen insbesondere
zum Einsatz eutektische Mischungen, wie zum Beispiel Diphenyl/Diphenyloxid.
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Beim Einsatz eines bei Umgebungstemperatur
festen Wärmeträgermediums,
wie zum Beispiel das erwähnte
Salzhydrat Natriumacetat-Trihydrat, kann außer der beschriebenen Warmhaltefunktion darüber hinaus
auch die Umwandlungsenthalpie des Phasenübergan ges flüssig-dampfförmig zum
Aufheizen genutzt werden, der bei diesem Anwendungsbeispiel bei
ca. 130°C
liegt.
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Die 3 und 4 zeigen Platten 1,
vergleichbar in ihrem inneren Aufbau mit denjenigen, die in den 2 und 3 gezeigt sind.
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Soweit die Elemente und Strukturen
der Ausführungsform
der 3 und 4 denjenigen entsprechen,
die in den 1 bis 3 gezeigt sind, sind die
entsprechenden Bezugszeichen verwendet.
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Die Ausführungsform der 4, die eine Induktionsbeheizung einsetzt,
und einen nach unten hin konischen Verlauf der Wände der Kammer 6 zeigt,
erzielt eine effektive Leistungseinkopplung auf kleiner Fläche (im
unteren Bereich über
die Beheizung durch eine Induktionsspule 9) und eine Temperierung
auf einer großen,
obenliegenden Wärmeabgabefläche 3.
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Mit der zusätzlichen porösen Beschichtung 8,
die in 5 gezeigt ist,
auf den Innenwänden
der Kammer 6, ergeben sich die Vorteile, wie sie auch vorstehend
in Verbindung mit der Ausführungsform der 3 angegeben sind. Eine solche
Temperiereinrichtung, wie sie in den 4 und 5 gezeigt ist, kann als eigenständige Einheit
abnehmbar ausgebildet sein, so daß sie mobil, auch als Warmhalteplatte, nutzbar
ist.