DE69926130T2

DE69926130T2 - Vorrichtung und Verfahren für Durchlauferhitzung eines Getränkes mit konstanter Temperatur

Info

Publication number: DE69926130T2
Application number: DE69926130T
Authority: DE
Inventors: Alain Beaulieu
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2019-11-03
Also published as: EP1097663B1; US20020141742A1; SI1097663T1; NO320824B1; DK1097663T3; CN100438810C; AR026328A1; ATE299350T1; US6661968B2; BR0015262A; MXPA02004374A; AU780841B2; PT1097663E; CA2390225A1; JP2003512878A; AU7909100A; IL149284A; WO2001032064A1; DE69926130D1; ES2244138T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur. Eine besondere Anwendung dieser Vorrichtung kann die Erhitzung auf eine konstante und genaue Temperatur beispielsweise für die Herstellung von Nahrungsmittelzubereitungen sein.
Die Vorrichtung und das Verfahren können in vorteilhafter Weise insbesondere zum Erhitzen von unter Druck stehendem Wasser verwendet werden, das für die Zubereitung von Kaffee bestimmt ist.
Für die Kaffeezubereitung kennt man diskontinuierliche Vorrichtungen zum Erhitzen von Wasser, bei denen eine bestimmte Wassermenge erhitzt wird und dann mit Hilfe einer Pumpe für die Zubereitung von Kaffee verwendet wird. Bei solchen Vorrichtungen ist das verfügbare Wasservolumen begrenzt, die Vorerhitzungszeit ist lang und eine Wartezeit zwischen jeder Kaffeezubereitung ist unvermeidbar. Ferner besitzen diese Vorrichtungen große Abmessungen und sind aufwändig.
Ferner gibt es Vorrichtungen zum kontinuierlichen Erhitzen von Wasser, bei denen das Wasser bei seinem Durchgang durch einen Kanal oder einen Rohrstutzen erhitzt wird, der in einen Block mit hoher Wärmekapazität eingelassen ist, um eine konstante Temperatur zu gewährleisten. Das verwendbare Wasservolumen ist durch die Wärmekapazität des Blocks begrenzt und im übrigen gestatten die für die Regulierung der Stromversorgung und/oder der gelieferten Wassermenge erforderlichen Vorrichtungen nicht, mit wirtschaftlichen Mitteln eine ausreichende Genauigkeit der Temperatur zu erreichen. Auch hier ist die Vorerhitzungszeit lang.
Derartige Vorrichtungen zum kontinuierlichen Erhitzen von Wasser für die Kaffeeherstellung sind beispielsweise aus den folgenden Schriften bekannt: EP 0 307 955, EP 0 676 163, EP 0 771 542 oder FR 2 683 135. Die Schrift FR-A-2 774 882 beschreibt eine Vorrichtung zum Erhitzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur zu schaffen, die wirtschaftlich und gleichzeitig hinsichtlich der Austrittstemperatur der Flüssigkeit genau ist und deren Heizkörper keine große thermische Trägheit erfordert und deshalb keine lange Vorerhitzungszeit benötigt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur, bei denen die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden werden und mit denen die oben genannten Ziele erreicht werden können. Zu diesem Zweck besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung die in Anspruch 1 genannten Merkmale, und die Vorrichtung besitzt die in Anspruch 15 genannten Merkmale.
Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch als Beispiel eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum kontinuierlichen Erhitzen,
2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchsatzregulierung und zur Wasserrezyklierung,
3 einen Teilschnitt durch den Durchsatzregler in größerem Maßstab,
4, 5 und 6 vergrößerte Darstellungen von drei verschiedenen Stellungen des Durchsatzreglers in Abhängigkeit von der Temperatur des Wassers,
7 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Durchsatz und dem Wasserdruck in Abhängigkeit von der Stellung des Durchsatzreglers und damit von der Temperatur des Wassers,
8 zwei Abwandlungen einer Einzelheit des Durchsatzreglers,
9 einen Schnitt durch die Rezyklierungsvorrichtung in größerem Maßstab,
10, 11 und 12 Darstellungen von verschiedenen Stellungen der Wasserrezyklierungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur dieses Wassers,
13 ein Diagramm, das den Weg des Thermostatelements der Vorrichtung zur Durchsatzregulierung und zur Rezyklierung in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers veranschaulicht.
Die Vorrichtung zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit auf konstante Temperatur gemäß der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausführungsform besitzt einen Behälter 1 für Wasser mit Raumtemperatur, eine Pumpe 2, die Wasser oder Flüssigkeit, das bzw. die im Behälter 1 enthalten ist, ansaugt, einen Heizkörper 3, den das gepumpte Wasser oder die gepumpte Flüssigkeit durchfließt und der einen mit einem Ventil 4 versehenen Nutzaustritt besitzt.
Die Kaltwasserpumpe 2 besitzt Merkmale, die an die gewünschte Verwendung, beispielsweise die Kaffeezubereitung, angepasst sind, und zwar insbesondere hinsichtlich ihrer "Druck- Durchsatz"-Merkmale. Diese Pumpe kann beispielsweise elektromechanisch sein und Merkmale besitzen, ähnlich wie sie in 7 dargestellt sind.
Der Behälter 1 ist mit einem Rückschlagventil 5 ausgerüstet, das jede Rückkehr von Wasser oder Flüssigkeit in den Behälter 1 über die Leitung 6, die ihn mit der Pumpe 2 verbindet, verhindert.
Der Heizkörper 3 verfügt über eine Leistung, die an den Nenndurchsatz der zu erhitzenden Flüssigkeit angepasst ist, und kann aus einem Wasser- oder Flüssigkeitsrohr bestehen, das mit einem elektrischen Widerstand thermisch verbunden ist. Die Einheit ist einstückig ausgeführt oder durch Zusammenbau oder Verbinden von zwei Rohren hergestellt, deren eines als Leitung für die Flüssigkeit dient und deren anderes den elektrischen Widerstand aufnimmt und eine geringe Wärmekapazität besitzt. Die Länge der Rohre und ihr Durchmesser sind hauptsächlich vom Flüssigkeitsdurchsatz und von der gewünschten Leistung abhängig. Derartige Heizkörper existieren und sind im Handel erhältlich. Der Querschnitt des Wasserrohrs ist an den Nenndurchsatz der kontinuierlichen Heizvorrichtung angepasst und kann aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sein, und zwar insbesondere aus rostfreiem Stahl, und kann gegebenenfalls zur Begrenzung der Kesselsteinablagerung behandelt sein.
Die dargestellte kontinuierliche Heizvorrichtung besitzt ferner eine Vorrichtung zur Regulierung des Wasserdurchsatzes und zur Rezyklierung des Wassers oder der Flüssigkeit, wenn dieses bzw. diese die Solltemperatur nicht erreicht hat.
Diese Durchsatzregulierungs- und Rezyklierungseinheit 7 besitzt einen kalten Teil 7a, der den Durchsatzregler enthält, und einen heißen Teil 7b, der einen Thermostatregler und die Rezykliervorrichtung enthält. Der heiße Teil dieser Durchsatzregulierungs- und Rezyklierungseinheit ist vorzugsweise an dem Heizkörper 3 befestigt oder montiert. Diese Durchsatzregulierung- und Rezyklierungseinheit wird durch die Pumpe 2 über den Eintritt 8 ihres kalten Teils mit Kaltwasser versorgt, um den Durchsatzregler zu versorgen, dessen Austritt 9 den Eintritt 10 des Heizkörpers 3 speist. Der Austritt 11 des Heizkörpers ist mit dem Eintritt 12 des heißen Teils 7b dieser Einheit 7 verbunden. Dieser heiße Teil 7b der Einheit 7 besitzt zwei Austritte, und zwar einen Heißwassernutzaustritt 13 und einen Rezyklierungsaustritt 14 für Wasser, das seine Solltemperatur noch nicht erreicht hat.
Der Nutzaustritt 13 ist über das Ventil 4 beispielsweise mit einem Perkolator 15 für die Kaffeezubereitung oder mit jedem anderen Gerät zur Verwendung des erhitzten Wassers verbunden.
Die Durchsatzregulierung- und Rezyklierungseinheit 7 ist in den 2 bis 12 detaillierter dargestellt und besitzt einen Körper aus zwei zylindrischen Teilen 7a, 7b, die axial stumpf aneinander montiert sind, jedoch thermisch voneinander isoliert sind.
Der kalte Teil 7a, der den Durchsatzregler enthält, besitzt eine axiale zentrale Bohrung, die eine Regelstange 16 aufnimmt, die in dieser Bohrung über Dichtungen 17, 18, 19 gleitet. Dieser kalte Teil 7a der Einheit 7 besitzt eine ringförmige Wassereintrittskammer 20, die zwischen den Dichtringen 18 und 19 gelegen ist und mit dem von der Pumpe 2 gespeisten Kaltwassereintritt 8 in direkter Verbindung ist. Der kalte Teil 7a der Einheit 7 besitzt ferner eine ringförmige Wasseraustrittskammer 21, die zwischen den Dichtringen 17 und 18 gelegen ist und in direkter Verbindung mit dem Austritt 9 ist, der den Heizkörper mit Kaltwasser versorgt.
Der Durchsatzregler besteht aus einer Düse, deren Wasserdurchgangsquerschnitt in Abhängigkeit von der axialen Stellung der Stange 16 veränderlich ist. Diese Düse ist von einem in der Stange 16 vorgesehenen radialen Spalt bzw. einer Nut 22 gebildet, der bzw. die an seinem bzw. ihrem Umfang ausmündet und die Verbindung der Eintrittskammer 20 mit der Austrittskammer 21 des kalten Teils 7a der Einheit 7 je nach der axialen Stellung der Stange 16 über einen Kanal mit einem Minimumquerschnitt bis zu einem Maximumquerschnitt gestattet. Wie man in 8 sieht, kann die Form dieser radialen Nut 22 eine kontinuierliche oder eine stufenförmige Neigung besitzen. Man kann auf diese Weise durch Wahl der Form des Querschnitts der Nut 22 die Funktion definieren, nach welcher der Wasserdurchsatz sich in Abhängigkeit von den axialen Bewegungen der Stange 16 im Körper 7a ändert.
Der heiße Teil 7b der Einheit 7 besitzt eine Bohrung, die einen größeren Durchmesser als die des kalten Teils 7a besitzt und in der der Kopf 16a der Stange 16 über einen Dichtring 23 gleitet. Ein Thermostatelement 24 ist mit Hilfe eines Rings 25 an dem Körper 7b der Einheit 7 befestigt. Der bewegliche Kolben 26 dieses Thermostatelements 24 liegt an dem Boden der im Kopf 16a der Stange 16 vorgesehenen Bohrung an.
Dieser heiße Teil 7b der Einheit 7 besitzt eine erste Kammer 27, die mit Heißwasser durch den Eintritt 12 des heißen Teils gespeist wird, der von dem Austritt 11 des Heizkörpers 3 versorgt wird. Diese erste Kammer 27 ist direkt mit dem Austritt 13 dieses heißen Teils verbunden, der das Ventil 4 und den Perkolator 15 speist.
Die Umfangsfläche des Kopfs 16a der Stange 16 besitzt auf einem Teil ihrer Länge eine radiale Fräsung 28, so dass die erste Kammer 27 je nach der Stellung der Stange 16 mit dem Rezyklierungsaustritt 14 der Einheit 7 verbunden sein kann. Dieser Rezyklierungsaustritt 14 ist mit der Leitung 6 verbunden, die den Behälter 1 mit der Pumpe 2 verbindet.
Eine Feder 30 ist bestrebt, die Stange 16 in einer Ruhestellung zu halten, die in Richtung des heißen Teils 7a verlagert ist und in der der durch die Düse 22 regulierte Kaltwasserdurchsatz auf seinem Minimum ist und bei der der Wasserre zyklierungsaustritt 14 mit der ersten Kammer 27 des heißen Teils 7b der Einheit 7 verbunden ist, Der Durchsatzregler und die Rezyklierungsvorrichtung werden durch die Stange 16 betätigt, die ihrerseits der Einwirkung des wärmeempfindlichen Elements 24 ausgesetzt ist. Dieses wärmeempfindliche Element 24 kann beispielsweise eine Wachskartusche oder einen Flüssigkeitsverdampfer besitzen, kann ein Metall- oder Formspeicherelement sein oder Metalle mit starker Ausdehnung umfassen.
Das bei dieser Anwendung gewünschte Merkmal ist hauptsächlich seine Fähigkeit, bei einer genauen Temperatur unter Belastung eine Bewegung zu erzeugen. Aufgrund der Kriterien der Hysterese, der Genauigkeit, der Schnelligkeit und der Kosten eignen sich Wachskartuschenelemente besonders gut für eine Verwendung in dieser Durchsatzregulierungs- und Wasserrezyklierungsvorrichtung. Die Kennlinie eines solchen Wachskartuschen-Thermostatelements ist in 13 als Beispiel dargestellt.
Die beschriebene Vorrichtung zur kontinuierlichen Erhitzung arbeitet folgendermaßen:
In Stillstandsposition befindet sich die Stange 16 unter der Einwirkung der Feder 30 nach links versetzt in Ruhestellung, so dass die Kaltwassereintrittskammer 20 mit der Austrittskammer 21 des Durchsatzreglers über einen kleinen Querschnitt der Düse 22 verbunden ist. Der Kaltwasserdurchsatz ist damit klein. In dieser Ruhestellung ist ferner die erste Kammer 27 des heißen Teils 7b durch die Fräsung 28 mit dem Rezyklieraustritt 14 des heißen Teils 7b verbunden.
Wenn der Benutzer die Heizvorrichtung einschaltet, setzt er den Heizkörper 3 unter Spannung. Die geringe thermische Trägheit dieses Heizkörpers gestattet einen schnellen Temperaturanstieg. Wenn die Vorheiztemperatur erreicht ist, setzt ein am Heizkörper befestigter Thermostatschalter 29 die Wasserpumpe automatisch oder manuell in Gang. Die Pumpe versorgt auf diese Weise den Heizkörper 3 mit Kaltwasser mit einem kleinen Durchsatz, da der Durchsatzregler in Minimumdurchsatzstellung ist. Das aus dem Heizkörper austretende Wasser wird in die erste Kammer 27 der Rezykliervorrichtung eingeführt und sensibilisiert das Thermostatelement 24. Solange die Betriebstemperatur nicht erreicht ist, ist die Bewegung der Stange 16 unter der Einwirkung des Thermostatelements unzureichend, um die Kammer 27 vom Rezyklierungsaustritt 14 zu isolieren, und das gesamte gepumpte Wasser wird zum Eintritt der Pumpe 2 rezykliert und mit Kaltwasser gemischt. Solange nämlich in der Kammer 27 kein ausreichender Druck entsteht, und zwar ein Druck, der größer als die Rückhaltekraft des Ventils 4 ist, kann das Wasser nicht zum Perkolator abgegeben werden.
In dem Maß, in dem die Temperatur des in die Kammer 27 gelangenden Wassers zunimmt, bewegt sich die Stange 16 nach rechts, indem sie den Durchgangsquerschnitt der Düse 22 vergrößert und den der Düse 28 verkleinert.
So ist der Durchsatzregler beispielsweise bei einer Temperatur des Wassers in der ersten Kammer 27 des heißen Teils 7b von weniger als oder gleich 86°C in der in 4 dargestellten Stellung, die Rezykliervorrichtung ist in der in 10 dargestellten Stellung und der Betriebspunkt ist der Punkt A der 7 und 13.
Ist die Temperatur höher als die für das Nutzwasser gewünschte Minimumtemperatur, so verschiebt der Kolben 26 des wärmeempfindlichen Elements 24 die Stange 16, was den Kaltwasserdurchsatz bis zu seinem Nennwert erhöht und den Querschnitt der Rezyklierungsdüse 28 verkleinert. Bei der Nenntemperatur, beispielsweise 90°C, sind die Düsen 22 und 28 in den in 5 und 11 dargestellten Stellungen und der Betriebspunkt entspricht dem Punkt B der 7 und 13. Die Rezyklierungsdüse 28 ist geschlossen, der Druck steigt in der Kammer 27 an und übersteigt die Rückhaltekraft des Ventils 4 und der Perkolator wird gespeist.
Wenn die Temperatur diesen Nennwert überschreitet, bewegt sich die Stange 16 weiter nach rechts, die Düse 22 vergrößert noch ihren Querschnitt, der Durchsatz wird wesentlich höher als der Nenndurchsatz (6, 12) und der Betriebspunkt liegt bei C (7 und 13), so dass die Temperatur des in die Kammer 27 gelangenden Wassers automatisch abfällt, da der Heizkörper nicht mehr ausreicht, um einen Wasserdurchsatz, der wesentlich größer als der Nenndurchsatz ist, für den er vorgesehen ist, auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. So bewegt sich die Stange 16 nach links, wodurch wieder der Kaltwasserdurchsatz verringert wird.
Solange die Heizvorrichtung Heißwasser abgibt, wird die Temperatur des Austrittswassers auf diese Weise automatisch auf den gewünschten Verwendungsnennwert eingeregelt.
Wenn der Benutzer die Heizvorrichtung abschaltet, werden die Pumpe 2 und der Heizkörper abgeschaltet.
Die beschriebene Heizvorrichtung ist aus mehreren Gründen zweckmäßig und vorteilhaft:

• Sie gestattet, die Abgabe von Wasser zu vermeiden, solange dieses die gewünschte Temperatur nicht erreicht.
• Sie verringert die Wartezeit, die besteht, bevor Heißwasser verwendet werden kann, da sie den zu erhitzenden Wasserdurchsatz reduziert, solange die Nenntemperatur nicht erreicht ist.
• Wasser mit einer niedrigeren Temperatur als die gewünschte Verwendungstemperatur wird zum Eintritt der Pumpe in Mischung mit Kaltwasser rezykliert, was die Kesselsteinbildung verringert.
• Die Durchsatzregulierung- und Rezyklierungsvorrichtung ist vollständig mechanisch, leicht herstellbar und ver wendet nur ein einziges Thermostatelement für die Regulierung des Kaltwasserdurchsatzes und für die Rezyklierung des für die Verwendung nicht ausreichend heißen Wassers. Sie ist einfach herzustellen, zu verwenden und kostengünstig und ihre Betriebsgenauigkeit ist hoch.

Wie man gesehen hat, besteht eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung darin, dass man zwischen der Pumpe, dem Heizkörper und dem Perkolator eine Vorrichtung zur Regulierung des Kaltwasserdurchsatzes und zur Rezyklierung des erhitzten Wassers anordnet, wenn es seine Nenntemperatur nicht erreicht, wobei diese beiden Funktionen gleichzeitig durch ein einziges wärmeempfindliches Element gesteuert werden.
Diese doppelte Regulierung des Durchsatzes des Kaltwassereintritts in den Heizkörper und der Abgabe von Wasser an den Perkolator oder seine Rezyklierung kann natürlich vorzugsweise mechanisch, jedoch mit Hilfe einer Vorrichtung durchgeführt werden, die anders als die oben beschriebene Vorrichtung ausgebildet ist, jedoch auch eine elektromechanische oder elektronische Regulierung ausgehend von einem einzigen Fühler für die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers vorsieht.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit, im Allgemeinen Wasser, auf eine konstante Temperatur, bei welchem man aus einem Behälter mit kalten Wasser oder mit Wasser mit niedriger Temperatur eine Wassermenge durch einen Heizkörper mit geringer thermischer Trägheit pumpt, um einem Nutzaustritt, beispielsweise einem Perkolator, Heißwasser mit einer bestimmten Temperatur zu liefern. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man einerseits den dem Heizkörper gelieferten Kaltwasserdurchsatz und andererseits den Anteil der Heißwasserrezyklierung zum Einlass der Pumpe in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers reguliert. Ein einziger Temperaturfühler steuert die Regulierung des Kaltwas serdurchsatzes und gleichzeitig den Anteil der Heißwasserrezyklierung.
Mit Hilfe dieses Verfahrens liefert man zu Beginn der Erhitzung des Wassers dem Heizkörper nur einen geringen Wasserdurchsatz, was eine schnelle Erhitzung des Wassers gestattet, und solange das Wasser nicht eine Minimumverwendungstemperatur erreicht hat, wird es zum Eintritt der Pumpe rezykliert. Erst wenn die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers ihren Nennwert erreicht, wird das Wasser nicht mehr rezykliert, was seinen Druckanstieg und seine Abgabe zum Heißwassernutzaustritt gestattet. Gleichzeitig nimmt der dem Heizkörper gelieferte Kaltwasserdurchsatz zu.
Wenn das Heißwasser die festgelegte Nenntemperatur überschreitet, nimmt der dem Heizkörper gelieferte Kaltwasserdurchsatz noch zu, was auf diese Weise einen Abfall der Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers bewirkt.
Mit Hilfe dieses Verfahrens erhält man eine Reduzierung der Heizzeit, die erforderlich ist, um die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers auf ihren Nennwert zu bringen, vermeidet man, dass dem Nutzaustritt Wasser geliefert wird, solange dieses seinen Nennwert nicht erreicht hat, und reguliert dann den Wert der Temperatur des abgegebenen Wassers durch die Regulierung des Durchsatzes des in den Heizkörper eintretenden Kaltwassers.
Zusammenfassend sei gesagt, dass das Verfahren und die Vorrichtung zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit umfassen:

A/ Die Regulierung der Temperatur des Austrittswassers durch eine Regulierung des Durchsatzes des in einem Behälter 1 enthaltenen und von einer Pumpe 2 gelieferten Wassers mit Raumtemperatur.

Die Durchsatzregulierung wird mit einer Vorrichtung 22 mit veränderlicher Düse vorgenommen, die durch ein wärmeempfindliches Element 24 gesteuert wird, das in den Kreis des aus einem Heizkörper 3 austretenden Heißwassers angeordnet ist.
Der Heizkörper 3 kann von konstanter Leistung und an den gewünschten Wasserdurchsatz angepasst sein, ohne dass eine hohe Wärmekapazität oder eine hohe thermische Trägheit erforderlich ist.
Seine Vorheizzeit ist also minimal und die Kosten dieser in sehr großen Serien hergestellten Heizkörper sind niedrig.
Die Regulierung des Kaltwasserdurchsatzes gestattet eine Begrenzung der Kesselsteinbildung, die in Wasserkreisen hoher Temperatur stark auftritt und schwer zu beheben ist.
Die Durchsatzregulierung wird durch Änderung des Durchgangsquerschnitts des Wassers vorgenommen, und zwar entweder progressiv in Abhängigkeit von der durch das Thermostatelement bewirkten Bewegung oder in Schritten.
Der Durchsatz des Wassers ist viel kleiner als der, der aufgrund der Heizleistung auf die gewünschte Temperatur gebracht werden kann, solange die Solltemperatur nicht erreicht ist.
In der Nähe der Solltemperatur ist der Durchsatz nahe dem durch die Heizleistung festgelegten Nenndurchsatz.
Wenn die Temperatur die Solltemperatur überschreitet, wird der Durchsatz viel größer als der Nenndurchsatz.

B/ Die Rezyklierung des Heizwassers zu einem Sammelgefäß oder in den Behälter oder zur Saugseite der Pumpe, solange die Solltemperatur nicht erreicht ist.

Um minimale Kosten zu erreichen, wird die Rezyklierungsvorrichtung durch dasselbe wärmeempfindliche Element gesteuert.
Im Fall der Rezyklierung zur Saugseite der Pumpe gestattet eine Mischung Heißwasser/Kaltwasser die Begrenzung der Gefahren der Kesselsteinablagerung in der Pumpe.
Ferner wird die Vorrichtung zur Regulierung des Durchsatzes und der Rezyklierung vorzugsweise in zwei Teilen ausgebildet:
einem kalten Teil 7a, der den Durchsatzregler enthält und aus Kunststoffen hergestellt sein kann,
einem heißen Teil 7b, der das wärmeempfindliche Element, die Rezyklierung und den Heizkörper enthält und aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Aluminiumlegierung, hergestellt ist.
Die beiden Teile sind thermisch voneinander isoliert.
Dieser Aufbau gestattet eine hohe Kompaktheit, eine minimale Masse der Bauteile und ein sehr kleines Wasservolumen, was eine sehr schnelle Vorerhitzung ermöglicht.
Die Vorerhitzung des heißen Teils wird durch ein mechanisches oder elektronisches Thermostatelement 29 gesteuert.
Wenn die Vorheiztemperatur erreicht ist, steuert das Thermostatelement 29 die Inbetriebnahme der Pumpe automatisch oder informiert den Benutzer, dass die Vorerhitzung beendet ist.
Man erhält auf diese Weise die folgende Arbeitsweise:
Das im Behälter 1 enthaltene Wasser wird von der Pumpe 2 angesaugt und bei 8 in den Durchsatzregler 22 eingeführt.
Das Wasser, dessen Durchsatz von der Stellung der Steuerstange 16 abhängig ist, die ihrerseits durch den Hub des Thermostatelements 24 bewegt wird, tritt aus dem Durchsatzregler bei 9 aus, um bei 10 in den Heizkörper 3 einzutreten.
Das Wasser tritt bei 11 heiß aus und tritt bei 12 in den heißen Teil 7b des Reglers ein, um das Thermostatelement 24 zu sensibilisieren.
Das Wasser tritt bei 14 zur Ansaugseite der Pumpe 2 aus, solange die Rezyklierungsvorrichtung 28 nicht durch die Bewegung der Stange 16 geschlossen wird.
Wenn die Solltemperatur erreicht ist, beginnt das Thermostatelement 24, die Stange 16 zu bewegen, und schließt die Rezyklierungsvorrichtung 28.
Das Wasser tritt nun bei 13 durch ein Ventil 4 zum Perkolationskopf 15 aus.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Vorrichtung zur Regulierung des Durchsatzes des in den Heizkörper eintretenden kalten Wassers und die Vorrichtung zur Rezyklierung des aus dem Heizkörper austretenden Wassers, solange seine Temperatur nicht einen Minimumsollwert erreicht, konstruktiv in einer einzigen Einheit zusammengefasst, die durch ein einziges wärmeempfindliches Element gesteuert wird. Dies ist hinsichtlich Herstellung, Kosten und Abmessungen vorteilhaft.
Bei einer Abwandlung können diese beiden Vorrichtungen zur Regulierung des Durchsatzes des kalten Wassers und zur Rezyklierung des aus dem Heizkörper austretenden Wassers zum Behälter, zum Eintritt der Pumpe oder in ein Sammelgefäß voneinander getrennt sein. Die Steuerung dieser Vorrichtungen durch die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers findet vorzugsweise mit Hilfe eines einzigen wärmeempfindlichen Elements statt, gemäß einer Abwandlung könnte je doch auch jede Vorrichtung durch einen getrennten Fühler gesteuert werden.

Claims

Vorrichtung zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur insbesondere zu Haushaltszwecken und vor allem für die Kaffeezubereitung, umfassend einen Behälter (1) für Wasser mit Raumtemperatur, eine Pumpe (2), einen Heizkörper (3), dessen Stromversorgung durch einen Schalter gesteuert wird, einen Nutzaustritt (15) für die Flüssigkeit mit der gewünschten Temperatur und ein vorgespanntes Ventil im Nutzaustritt der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung (7a) zur Regulierung des von der Pumpe (2) dem Heizkörper (3) gelieferten Kaltwasserdurchsatzes aufweist, der durch die Temperatur der aus dem Heizkörper austretenden Flüssigkeit gesteuert wird, sowie eine Vorrichtung (7b) zur Rezyklierung des aus dem Heizkörper (3) austretenden Wassers zum Behälter (1) oder zum Einlass der Pumpe (2), solange dieses nicht eine voreingestellte Mindestbetriebstemperatur erreicht, wobei diese Rezyklierungsvorrichtung (7b) ebenfalls durch die Temperatur des aus dem Heizkörper (3) austretenden Wassers gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Regulierung des dem Heizkörper gelieferten Kaltwasserdurchsatzes und die Rezyklierungsvorrichtung in einer Einheit zusammengefasst sind, die durch ein einziges Thermostatelement gesteuert wird, das auf die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Regulierung des Kaltwasserdurchsatzes und zur Rezyklierung einen kalten Teil aufweist, der von einem Körper gebildet ist, der einen Eintritt für das von der Pumpe kommende Wasser und einen Austritt für das den Heizkörper versorgende Wasser aufweist und in dessen Innerem eine Düse vorgesehen ist, die die Änderung des dem Heizkörper gelieferten Kaltwasserdurchsatzes gestattet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Regulierung des Durchsatzes und zur Rezyklierung einen heißen Teil aufweist, der einen Körper aufweist, der koaxial und mit dem Körper des kalten Teils fest verbunden ist, jedoch gegenüber diesem thermisch isoliert ist, wobei dieser heiße Teil einen Eintritt aufweist, der mit dem aus dem Heizkörper austretenden Wasser versorgt wird, das eine im Körper des heißen Teils gelegene Kammer versorgt, die mit dem Nutzaustritt der mit ihrem Ventil ausgerüsteten Vorrichtung in direkter Verbindung ist und über eine Absperrdüse mit einem Kaltwasserrezyklierungsaustritt verbunden ist, der mit dem Behälter oder mit dem Eintritt der Pumpe verbunden ist, und dass das Thermostatelement zur Steuerung der Düsen in dieser Kammer des heißen Teils der Einheit angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzregulierungs- und Rezyklierungseinheit eine Stange aufweist, die mit einem Kopf mit einem größeren Durchmesser versehen ist und in einer Bohrung des Körpers des kalten Teils der Einheit gleitet, während der Kopf der Stange in einer Bohrung des Körpers des heißen Teils der Einheit gleitet, und dass das in der Kammer des Körpers des heißen Teils der Einheit angeordnete Thermostatelement am Körper dieses heißen Teils befestigt ist, während der bewegliche Kolben des Ther mostatelements, dessen axiale Stellung von der Temperatur des in der Kammer befindlichen Wassers abhängt, die Stange entgegen der Einwirkung einer Rückholfeder axial betätigt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des kalten Teils der Einheit eine Eintrittskammer, die mit dem Einlass des von der Pumpe kommenden Kaltwassers verbunden ist, und eine Austrittskammer aufweist, die mit dem den Heizkörper versorgenden Austritt verbunden ist, und dass die Düse zur Regulierung des Kaltwasserdurchsatzes aus einem radialen Spalt besteht, der am Umfang der Stange ausmündet und der einen in Richtung der Längsachse der Stange sich ändernden Querschnitt aufweist, wobei dieser Spalt je nach der axialen Stellung der Stange gestattet, die Eintrittskammer mit der Austrittskammer mit einem Durchgang mit anderem Querschnitt zu verbinden, und dass der Durchgangsquerschnitt in der Ruhestellung der Stange minimal ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper des kalten Teils der Einheit und der Stange zwischen den beiden Kammern und zu beiden Seiten von diesen Dichtringe vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf der Stange eine radiale Fräsung aufweist, die auf ihrem Umfang auf einem Teil ihrer Länge ausmündet und die Kammer des Körpers des heißen Teils der Einheit mit dem Rezyklierungsaustritt je nach der axialen Stellung des Kopfs der Stange in diesem Körper des heißen Teils der Einheit verbindet oder nicht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kopf der Stange und dem Körper des heißen Teils der Einheit ein Dichtring vorgesehen ist, der zwischen der Kammer und dem Rezyklierungsaustritt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperaturfühler aufweist, der auf dem Körper der Rezyklierungsvorrichtung montiert ist und die Stromversorgung der Pumpe steuert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißwasser-Nutzaustritt aus einem Perkolator besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatelement ein Wachskartuschen- oder Flüssigkeitsverdampfungs-Element ist oder auf einem Formspeicherungsmetall oder auf Metallen mit starker Ausdehnung beruht, wodurch eine axiale Bewegung eines Kolbens erzeugt werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper eine geringe thermische Trägheit besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangsquerschnitt der Düse, die den dem Heizkörper gelieferten Kaltwasserdurchsatz reguliert, sich kontinuierlich oder stufenweise ändert.
Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf eine konstante Temperatur, bei welchem man aus einem Kaltwasserbehälter (1) eine Wassermenge durch einen Heizkörper (3) mit geringer thermischer Trägheit pumpt, um einem Nutzaustritt (15) Wasser mit einer bestimmten Temperatur liefern, dadurch gekennzeichnet, dass man einerseits den dem Heizkörper (3) gelieferten Kaltwasserdurchsatz und andererseits das Verhältnis der Heißwasserrezyklierung zum Einlass der Pumpe (2) oder zum Behälter (1) in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers reguliert.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass man das erhitzte Wasser erst dann dem Nutzaustritt liefert, wenn es eine zuvor festgelegte Temperatur erreicht hat und wenn dieses Heißwasser einen bestimmten Druck erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltwasserdurchsatz auf einen Wert eingestellt wird, der viel kleiner als derjenige ist, der angesichts der Leistung des Heizkörpers auf die gewünschte Temperatur gebracht werden kann, solange die Solltemperatur nicht erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Wassers die Solltemperatur überschreitet, der diesen Heizkörper versorgende Kaltwasserdurchsatz größer als der Nenndurchsatz wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Heizkörper austretende Heißwasser zum Behälter oder zum Eintritt der Pumpe rezykliert wird, solange die Solltemperatur des heißen Brauchwassers nicht erreicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezyklierung des Wassers durch dasselbe thermosensible Element wie dasjenige, das den Kaltwasserdurchsatz steuert, gesteuert wird.