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Dokumentenidentifikation DE102005012219A1 21.09.2006
Titel Beheizbares Gehäuse, Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf und Gargerät
Anmelder Rational AG, 86899 Landsberg, DE
Erfinder Schreiner, Thomas, Dr., 86857 Hurlach, DE;
Rusche, Stefan, Dr., 86854 Amberg, DE;
Bucher, Manfred, 86899 Landsberg, DE;
Camphausen, Hanno, 72461 Albstadt, DE;
Paintner, Aldo, 86899 Landsberg, DE;
Garner, Thomas, 86899 Landsberg, DE;
Maas, Bruno, 86916 Kaufering, DE
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Anmeldedatum 15.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005012219
Offenlegungstag 21.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.09.2006
IPC-Hauptklasse F22B 1/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F24C 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein beheizbares Gehäuse für eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit zumindest einer Wand, die einen von dem Gehäuse zumindest bereichsweise umgebenen Innenraum zur Aufnahme einer zu verdampfenden Flüssigkeit begrenzt, wobei die Wand zumindest eine Aussparung zur Aufnahme zumindest einer Heizeinrichtung umfaßt, sowie eine Vorrichtung, umfassend ein erfindungsgemäßes Gehäuse und ein Gargerät zur Erzeugung von Dampf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein beheizbares Gehäuse für eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit zumindest einer Wand, die einen von dem Gehäuse zumindest bereichsweise umgebenen Innenraum zur Aufnahme einer zu verdampfenden Flüssigkeit begrenzt, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf sowie ein Gargerät.

Herkömmliche Dampfgeneratoren, wie sie insbesondere in Gargeräten zum Einsatz kommen, weisen meist einen Wasserkessel auf, der teilweise mit Wasser gefüllt ist, welches durch Heizkörper zum Sieden gebracht wird. Der Platzbedarf solch eines Dampfgenerators wird hauptsächlich durch zwei Faktoren bestimmt, nämlich zum einen durch den Volumenanteil, der mit flüssigem Wasser gefüllt ist, und zum anderen durch den Volumenanteil des über dem Wasser befindlichen Gasraums.

Der erste Volumenanteil wird dabei durch die Größe der Heizkörper und den zwischen den Heizkörpern zur Umspülung derselben und zum Abtransport von Dampfblasen benötigten Raum begrenzt. Die Größe der Heizkörper wiederum wird bei vorgegebener Heizleistung durch den Leidenfrost-Effekt bestimmt, gemäß dem beim Beheizen einer verdampfbaren Flüssigkeit eine bestimmte Oberflächenleistungsdichte eines Heizkörpers nicht überschritten werden kann, da sich sonst eine geschlossene Dampfschicht zwischen der Oberfläche des Heizkörpers und der Flüssigkeit bildet, die die Wärmeabgabe behindert. Schön demonstriert sich der Leidenfrost-Effekt in der Erscheinung, daß Wassertropfen auf einer glühenden Platte nicht unmittelbar verdampfen, sondern sich quasi tanzend bewegen, da sie sich, durch eine sich bildende Dampfschicht getragen, auf der Platte unregelmäßig bewegen.

Der zweite Volumenanteil wird benötigt, um Dampf von mitgeführten Wassertropfen zu trennen. Die Größe und Ausgestaltung des zweiten Volumenanteils, also des Gasraumes über der Flüssigkeit, sind entscheidend für die Dampfqualität. Die Dampfqualität wird insbesondere von der Größe der Wasseroberfläche, die vom Dampfstrom passiert werden muß, bestimmt. Denn je größer der Dampfstrom pro Wasseroberfläche ist, desto mehr Wasser wird vom austretenden Dampf mitgerissen.

Insgesamt ergibt sich aus obigen Überlegungen bei herkömmlichen Dampfgeneratoren somit ein großer Platzbedarf, wenn eine hohe Dampfqualität erzeugt werden soll. Zusätzlich ist aber auch darauf hinzuweisen, daß die Zeit, die benötigt wird, um einen bekannten, mit Wasser gefüllten Dampfgenerator betriebsbereit zu machen, auch von der eingefüllten Wassermenge abhängt, die nötig ist, um die Heizkörper sicher zu bedecken, was wiederum Anforderungen an die Größe des Dampfgenerators stellt.

Im Bereich von Kraftwerken, insbesondere Kernkraftwerken, sind Dampfgeneratoren bekannt, bei denen ein Rotationsfluß in einer einen Dampf erzeugende Flüssigkeit durch Einspritzen einer weiteren Flüssigkeit induziert wird. Die mit dem Rotationsfluß einhergehenden Fliehkräfte werden dabei zur Abscheidung von Verschmutzungen genutzt, wie in der US 4,972,804 bzw. DE 690 13 906 T2 beschrieben.

Ferner sind Dampfgeneratoren bekannt, bei denen der gesamte rohr- oder tonnenförmige Dampferzeugerbehälter in Rotation versetzt wird, was mit hohem Energie- und Kostenaufwand verbunden ist, und zudem eine hohe konstruktive Komplexität fordert, die eine drehende Lagerung des Dampferzeugerbehälters erforderlich macht, wodurch sich notgedrungen nur über die Achse eine Fluidzu- bzw. -abführung als praktikabel erweist. In der DT 2 214 566 wird zum Beispiel solch ein rotierender Dampferzeuger beschrieben, der zur Verdampfung von organischen Antriebsfluiden in einem geschlossenen Kreislauf eines Rankinemotors ausgelegt ist. Ähnlich arbeitet der aus der DE-PS 904 653 bekannte Dampferzeuger, der jedoch zusätzlich eine Regelung zur Flüssigkeitseinspeisung zwecks Einstellung eines Flüssigkeitsringes bestimmter Stärke aufweist.

In der DE 27 57 913 A1 ist ein rotierender Dampferzeuger mit einem drehbar gelagerten Kessel offenbart, der konstruktionell auf drehbare Durchführungen zur Einführung bzw. Entnahme eines fluiden Arbeitsmediums verzichtet.

Aus der DE 37 83 361 T2 ist ein Tandemabscheider für ein Dampf-Wasser-Gemisch bekannt, bei dem schraubenförmig gewundene Umlenkbleche das Dampf-Wasser-Gemisch in Rotation versetzen.

Die DE 692 07 830 T2 offenbart eine Dampferzeugeranordnung für Öfen, bei der in Rotation versetzte dünne Wasserstrahlen bzw. kleine Wassertröpfchen auf eine Heizeinrichtung fallen, um verdampft zu werden.

Zur Verdampfung von Leitungswasser, insbesondere in einem Gargerät, arbeiten die zuvor beschriebenen Dampferzeuger jedoch nicht zufriedenstellend, sondern weisen den gravierenden Nachteil auf, daß sich die im Leitungswasser enthaltenen gelösten Mineralien, insbesondere Kalk, an den Wänden und Einbauten des Dampferzeugers ablagern. Dies kann zum Ausfall oder zur Beschädigung des Dampferzeugers führen, was in der Regel nur durch regelmäßige chemische Entkalkung verhindert werden kann. Die hierdurch verursachten, notwendigen, nachbetrieblichen Wartungsarbeiten sind wiederum kostenintensiv.

Zur Überwindung dieses Nachteils wird in der WO 02/12790 A1 ein Verfahren zum Erzeugen von Dampf, insbesondere für ein Gargerät beschrieben, bei dem eine Flüssigkeit innerhalb eines Dampferzeugungsbehälters durch Aufheizen von zumindest einer aufheizbaren Wandfläche des Dampferzeugungsbehälters zum Sieden gebracht, beim Aufheizen durch zumindest einen in dem Dampferzeugungsbehälter drehbar gelagerten ersten Rotor in Rotation versetzt sowie durch Fliehkräfte aufgrund der Rotation gegen die aufheizbare Wandfläche gedrückt wird, und der durch ein Verdampfen zumindest eines Teils der Flüssigkeit entstehende Dampf aus dem Dampferzeugungsbehälter durch einen Dampfauslaß entweicht und mit dem Dampf mitgerissene Tropfen der Flüssigkeit abgeschieden werden. Ferner offenbart die WO 02/12790 A1 eine Vorrichtung zum Erzeugen von Dampf insbesondere für ein Gargerät, umfassend einen Dampferzeugungsbehälter, der über einen Zulauf zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit füllbar ist und aus dem Dampf zu einem Dampfauslaß gelangen kann, und eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Flüssigkeit in dem Dampferzeugungsbehälter zwecks Dampferzeugung, die ein gattungsgemäßes beheizbares Gehäuse aufweist, wobei die Vorrichtung einen ersten Rotor in dem Dampferzeugungsbehälter umfaßt, über den zumindest die Flüssigkeit in Rotation versetzbar ist. Durch das Verfahren bzw. durch die Vorrichtung der WO 02/12790 A1 sollen insbesondere kleine Dampfgeneratoren zur Abgabe von Dampf mit hoher Qualität bereitgestellt werden, die zudem schnell betriebsbereit, kostengünstig, flexibel beheizbar und zuverlässig sind, ohne zu Siedeverzügen zu neigen und ohne regelmäßige Entkalkungen zu erfordern.

Das in der WO 02/12790 A1 beschriebene Verfahren sowie die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung haben sich grundsätzlich bewehrt, da insbesondere aufwendige und kostenintensive Wartungsarbeiten zur Entkalkung an Dampferzeugern überflüssig werden, sowie im Betrieb ein maximaler Wärmetransfer von den Wänden zur Flüssigkeit gewährleistet bleibt und nicht durch Kalkablagerung reduziert wird, indem die inneren rotierenden Einbauten sozusagen als Schleifeinrichtung fungieren, mit der Ablagerungen an den Wänden instantan während des Betriebes, das heißt der Rotation, abgetragen werden.

Bei der in der WO 02/12790 A1 beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf kann jedoch eine bestimmte Baugröße der Vorrichtung aufgrund der Verwendung von Dickschichtheizungen, die als Heizeinrichtungen zum Aufheizen der Flüssigkeit in dem Dampferzeugungsbehälter verwendet werden, und da somit durch das derart aufgebaute beheizbare Gehäuse nur ein begrenzter Wärmeübertrag an den Dampferzeugungsbehälter zugelassen wird, nicht unterschritten werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das gattungsgemäße beheizbare Gehäuse sowie die Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere ein erhöhter Wärmeeintrag in eine in dem Gehäuse bzw. der Vorrichtung angeordnete Flüssigkeit erreicht wird, wodurch insbesondere das Bauvolumen des Gehäuses bzw. der Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf weiter reduziert werden kann.

Die das Gehäuse betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wand zumindest eine Aussparung zur Aufnahme zumindest einer Heizeinrichtung umfaßt.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß die Aussparung in Form zumindest einer die Wand zumindest teilweise durchdringenden Bohrung ausgebildet ist, vorzugsweise in Form zumindest einer Sackbohrung.

Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, daß die Aussparung in Form zumindest einer die Wand vollständig durchdringenden Bohrung ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Oberfläche der Wand im wesentlichen geschlossen ist, insbesondere die Bohrung die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Oberfläche der Wand nicht durchdringt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Heizeinrichtung zumindest einen mit einem elektrischen Strom durchfließbaren Heizdraht umfaßt, wobei der Heizdraht vorzugsweise zumindest bereichsweise von zumindest einem ersten Hüllrohr umgeben ist.

Dabei ist bevorzugt, daß das erste Hüllrohr eine Ummantelung zumindest einer in die Aussparung zumindest bereichsweise einführbaren Heizpatrone bildet, wobei vorzugsweise die äußere Geometrie der Ummantelung, insbesondere zumindest eine äußere Abmessung, wie ein Außendurchmesser, der Ummantelung, im wesentlichen der inneren Geometrie der Aussparung, insbesondere zumindest einer inneren Abmessung, wie einem Innendurchmesser, der Aussparung, entspricht.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß das erste Hüllrohr der Heizpatrone zumindest bereichsweise einen, insbesondere nicht rostenden, Edelstahl, wie Incoloy, umfaßt.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das erste Hüllrohr durch die von der Wand umfaßte Aussparung gebildet ist.

Bevorzugt ist, daß das heizbare Gehäuse dadurch gekennzeichnet ist, daß die Heizeinrichtung zumindest ein den Heizdraht zumindest bereichsweise umgebendes zweites Hüllrohr umfaßt, wobei vorzugsweise der Heizdraht, insbesondere zur äquidistanten Positionierung desselben innerhalb des ersten Hüllrohres, zusammen mit dem zweiten Hüllrohr in das erste Hüllrohr einführbar ist.

Ferner wird vorgeschlagen, daß zumindest ein Zwischenraum zwischen dem Heizdraht und dem ersten und/oder dem zweiten Hüllrohr und/oder zumindest ein Zwischenraum zwischen dem zweiten und dem ersten Hüllrohr zumindest bereichsweise mit zumindest einem Füllmaterial auffüllbar ist.

Bei den beiden vorgenannten Alternativen wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das Füllmaterial und/oder das zweite Hüllrohr zumindest ein, insbesondere elektrisch isolierendes und/oder wärmeleitendes, vorzugsweise pulverförmiges und/oder verdichtetes, Material, wie Magnesiumoxid, Magnesiumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Berylliumnitrid, Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid umfaßt.

Auch ist bevorzugt, daß zumindest eine geometrische Abmessung des ersten Hüllrohres, insbesondere zur Vermeidung von Luftspalten zwischen dem ersten Hüllrohr und dem zweiten Hüllrohr und/oder zur Komprimierung des Füllmaterials, veränderbar ist, vorzugsweise der Durchmesser des ersten Hüllrohres verringerbar ist.

Dabei kann ein beheizbares Gehäuse dadurch gekennzeichnet sein, daß der Durchmesser des ersten Hüllrohres durch ein Dehnen des ersten Hüllrohres in eine Längsrichtung, insbesondere ein Dehnen der Wand entlang einer Längsrichtung der Aussparung, und/oder durch ein Komprimieren des ersten Hüllrohres verringerbar ist.

Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, daß die Wand zumindest bereichsweise, vorzugsweise im Bereich der Aussparung, ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 75 W/m·K, besser von mehr als 100 W/m·K, noch besser von mehr als 150 W/m·K und am besten von mehr als 200 W/m·K bei einer Temperatur von 300K umfaßt, insbesondere Aluminium, Beryllium, Caclium, Eisen, Gold, Iridium, Kupfer, Magnesium, Silber, Silicium, Wolfram und/oder Zink.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Heizeinrichtung eine Wärmeleistung von mehr als 0,5 kW, besser von mehr 0,8 kW, noch besser von mehr als 1kW und am besten von mehr als 1,5 kW aufweist.

Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, daß die maximale Flächenbelastung der Heizeinrichtung mehr als 15 W/cm2, besser mehr als 22 W/cm2, noch besser mehr als 30 W/cm2 und am besten mehr als 34 W/cm2 beträgt.

Bevorzugt ist ferner, daß der von dem Gehäuse zumindest bereichsweise umgebene Innenraum im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 60 mm aufweist, wobei die den Innenraum begrenzende Wand insbesondere im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, vorzugsweise einen Außendurchmesser von ungefähr 88 mm aufweist.

Ferner kann ein beheizbares Gehäuse zumindest einen Temperatursensor, insbesondere in thermischem Kontakt mit der Wand, aufweisen, wobei vorzugsweise über den insbesondere zeitlichen Verlauf von mittels des Temperatursensors erfaßten Temperaturwerten Ablagerungen, wie eine Kalkschicht, auf der Wand, insbesondere auf der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Wand, detektierbar ist.

Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, daß die Wand eine Vielzahl von Aussparungen umfaßt, in die eine Vielzahl von Heizeinrichtungen aufnehmbar ist, wobei die Aussparungen vorzugsweise in einem Winkelabstand von ungefähr 15°, besser von ungefähr 20°, noch besser von ungefähr 30° und am besten von ungefähr 45° zueinander um den Umfang des Innenraumes angeordnet sind.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der Betrieb der Heizeinrichtung bzw. der Heizeinrichtungen in Abhängigkeit von der Erkennung von Ablagerungen unterbrechbar ist.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf, insbesondere für ein Gargerät, umfassend zumindest einen Dampferzeugungsbehälter, der einen Innenraum aufweist, der über einen Zulauf zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit füllbar ist und aus dem Dampf zu einem Dampfauslaß gelangen kann, wobei der Dampferzeugungsbehälter zumindest ein erfindungsgemäßes beheizbares Gehäuse umfaßt, wobei der Innenraum des Dampferzeugungsbehälters dem Innenraum des beheizbaren Gehäuses entspricht und die Flüssigkeit in dem Innenraum mittels Beheizung des beheizbaren Gehäuses aufheizbar ist.

Dabei wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Flüssigkeit beim Aufheizen mittels zumindest eines in dem Innenraum des Gehäuses gelagerten Rotors in Rotation versetzbar ist, vorzugsweise die Flüssigkeit aufgrund der durch die Rotation wirkenden Fliehkräfte gegen die Wand des beheizbaren Gehäuses drückbar ist.

Schließlich kann die Vorrichtung gekennzeichnet sein durch zumindest einen Drucksensor zur Detektion eines in der Flüssigkeit, insbesondere im Bereich einer Wand des Dampferzeugungsbehälters, herrschenden Drucks, wobei die Heizleistung zumindest einer Heizeinrichtung in Abhängigkeit von mittels des Drucksensors gemessenen Werten einstellbar ist, vorzugsweise zur Einstellung eines konstanten Drucks entlang der Wand des Dampferzeugungsbehälters, insbesondere zur Vermeidung der Entstehung von Ablagerungen, wie einer Kalkschicht, an der Wand.

Schließlich liefert die Erfindung ein Gargerät mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf.

Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die Integration einer Heizeinrichtung in eine Wand eines Gehäuses die von dem Gehäuse abgegebene Heizleistungsdichte erhöht werden kann. Insbesondere durch die Ausbildung von Sackbohrungen innerhalb einer Wand des Gehäuses, in die Heizeinrichtungen in Form von Heizpatronen bzw. geraden, elektrischen Widerstandsheizungen eingeführt werden, kann der Wärmeübertrag signifikant gesteigert werden. Aufgrund der durch derartige Heizpatronen bzw. Heizelemente bereitgestellten Leistung kann die zur Erreichung einer vorbestimmten Heizleistung notwendige Anzahl von Heizeinrichtungen reduziert werden, wodurch ein kompakterer Aufbau des Gehäuses bzw. der Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf ermöglicht wird. Darüber hinaus wird mit der vorliegenden Erfindung in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform folgender Weg vorgeschlagen, wie die durch die Heizeinrichtung zur Verfügung stellbare Heizleistung weiter erhöht werden kann. Dazu wird die Heizeinrichtung nicht in Form einer Heizpatrone ausgebildet, die einen Heizdraht umfaßt, der durch eine Umhüllung umgeben ist, die in die Aussparung eingeführt wird, sondern in Form eines Heizdrahtes, der direkt in die Aussparung eingeführt wird, wobei der verbleibende Raum innerhalb der Aussparung vorzugsweise mittels eines entsprechenden elektrisch isolierenden (Füll)Materials isoliert wird. Diese Erhöhung der möglichen Heizleistung ist dabei darauf zurückzuführen, daß bei Einsatz von Heizpatronen ein Luftspalt zwischen der Umhüllung und der Aussparung innerhalb der Gehäusewand vorhanden sein kann, wodurch die durch die Heizpatrone zur Verfügung stellbare Leistung zur Vermeidung von lokalen Überhitzungen begrenzt ist. Auch wird in einer besonders vorteilhaften Form der Erfindung das erfindungsgemäße Gehäuse und die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Rotationsdampfgenerator, insbesondere einem Dampfgenerator, der nach einem Verfahren arbeitet, bei dem eine Flüssigkeit innerhalb eines Dampferzeugungsbehälters durch Aufheizen von zumindest einer aufheizbaren Wandfläche des Dampferzeugungsbehälters zum Sieden gebracht, beim Aufheizen durch zumindest einen in dem Dampferzeugungsbehälter drehbar gelagerten ersten Rotor in Rotation versetzt sowie durch Fliehkräfte aufgrund der Rotation gegen die aufheizbare Wandfläche gedrückt wird, und der durch ein Verdampfen zumindest eines Teils der Flüssigkeit entstehende Dampf aus dem Dampferzeugungsbehälter durch einen Dampfauslaß entweicht und mit dem Dampf mitgerissene Tropfen der Flüssigkeit abgeschieden werden, integriert.

Ferner wird bei dem Verfahren vorgeschlagen, daß die Fliehkräfte der Flüssigkeit und/oder des Dampfes größer als die Gravitationskräfte der Flüssigkeit und/oder des Dampfes sind.

Weiterhin kann in dem Verfahren vorgesehen sein, daß im Bereich der Abscheidung der Tropfen der Flüssigkeit die Flüssigkeit und der Dampf zumindest teilweise gegen zumindest eine Blende gezwungen werden, Potentialwirbel in der Flüssigkeit und/oder dem Dampf zumindest teilweise erzeugt werden und/oder keine Aufheizung der aufheizbaren Wand des Behälters stattfindet.

Es wird auch vorgeschlagen, daß Verunreinigungen der Flüssigkeit beseitigt werden, indem die Flüssigkeit gegen zumindest eine Blende gezwungen wird.

Auch wird in dem Verfahren bevorzugt, daß die Flüssigkeit mit einer Mindestgeschwindigkeit in den Behälter eingespeist wird, vorzugsweise auf die aufheizbare Wandfläche und/oder den ersten Rotor gerichtet.

Alternativerweise wird vorgeschlagen, daß der Füllstand des Behälters durch Messen eines fliehkraftinduzierten Druckes auf mindestens eine Wandfläche des Behälters, vorzugsweise von außerhalb des Behälters, bestimmt wird.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß in dem aus dem Dampferzeugungsbehälter entweichenden Dampf kondensierte und/oder verdampfte Flüssigkeit in mindestens einem dem Dampferzeugungsbehälter nachgeschalteten weiteren Flüssigkeitsabscheidungsbehälter durch einen zweiten Rotor in Rotation versetzt wird, und Kondensat abgeschieden sowie aus dem Flüssigkeitsabscheidungsbehälter abgeleitet wird, vorzugsweise dem Dampferzeugungsbehälter zurückgeliefert wird.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der erste Rotor im Dampferzeugungsbehälter und der zweite Rotor im Flüssigkeitsabscheidungsbehälter über einen Motor, vorzugsweise über die gleiche Drehachse, in Rotation versetzt werden.

Ferner ist in dem Verfahren vorgesehen, daß der Dampf zumindest teilweise durch ein im Dampferzeugungsbehälter angeordnetes Rohr, vorzugsweise in Form einer mit dem bzw. den Rotor(en) in Verbindung stehenden Hohlwelle, dem Dampfauslaß zugeführt wird.

Preferientiell ist in dem Verfahren ferner vorgesehen, daß der erste und/oder der zweite Rotor zumindest während seiner bzw. ihrer Rotation zumindest bereichsweise schleifenden Kontakt zur Wandfläche oder Ablagerungen auf der Wandfläche des Dampferzeugungsbehälters bzw. Flüssigkeitsabscheidungsbehälters aufweist bzw. aufweisen und die Ablagerungen, insbesondere in Form von Verkalkungen, von der Wandfläche zumindest teilweise löst bzw. lösen.

Dabei kann in dem Verfahren vorgesehen sein, daß der Abstand zwischen dem ersten und/oder zweiten Rotor und der dazugehörigen Wandfläche so gering bemaßt ist, daß eine sich bildende Ablagerung, insbesondere eine Verkalkung, bei Rotation des ersten bzw. zweiten Rotors abgetragen wird.

Auch wird vorgeschlagen, daß der erste und/oder zweite Rotor im Ruhezustand keinen Kontakt zur entsprechenden Wandfläche aufweist bzw. aufweisen und aufgrund von Fliehkräften bei einer Rotation zumindest bereichsweise in Richtung der entsprechenden Wandfläche gedrückt wird bzw. werden.

Zudem wird vorgeschlagen, daß die Wandfläche und/oder der Rotor nach einer Betriebsphase und/oder einer Benetzung mit Flüssigkeit bei rotierendem und/oder ruhendem Rotor trockengeheizt wird bzw. werden, wobei ein Anhaften des Rotors an der Wandfläche durch Ablagerungen vermieden wird.

Des weiteren wird für das Verfahren auch vorgeschlagen, daß sich der Dampferzeugungsbehälter im Ruhezustand des ersten Rotors, vorzugsweise selbständig, entleert, insbesondere über einen dampfdichten Abwasserablauf.

Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren kann auch vorgesehen sein, daß der Zulauf aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt und durch den Druck der zufließenden Flüssigkeit verformt wird, um Ablagerungen im Zulauf zumindest teilweise zu lösen.

Unter anderem wird auch ferner vorgeschlagen, daß der Zulauf durch einen Flüssigkeitsstrom gekühlt wird, der über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung kontinuierlich aufrecht erhalten wird, wobei die Flüssigkeit einem Reservoir und/oder einer Speiseleitung entnommen wird und Ablagerungen zumindest bereichsweise verhindert werden.

Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß in der Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf der Behälter zwei sich gegenüberliegende Enden aufweist, wobei der Zulauf und der Dampfauslaß entweder beide an einem Ende oder jeder an einem anderen Ende angeordnet sind.

Ferner wird vorgeschlagen, daß der Dampferzeugungsbehälter um eine Achse rotationssymmetrisch, vorzugsweise im wesentlichen rohrförmig oder sich vom Zulauf zum Dampfauslaß hin konisch erweiternd, ist.

Dabei kann eine Vorrichtung auch dadurch gekennzeichnet sein, daß die Achse des Dampferzeugungsbehälters mit der Rotationsachse des ersten Rotors zusammenfällt, wobei vorzugsweise die Rotationsachse im wesentlichen parallel zur Richtung der Gravitationskraft verläuft.

Auch wird eine Vorrichtung bevorzugt, die durch zumindest eine Blende zum Abscheiden von mit dem Dampf mitgerissenen Tropfen der Flüssigkeit und/oder Verschmutzungen in der Flüssigkeit, gekennzeichnet ist.

Dabei wird auch vorgeschlagen, daß eine erste Blende stromabwärts des Zulaufes und/oder eine zweite Blende stromaufwärts des Auslasses angeordnet ist bzw. sind.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch gekennzeichnet sein durch eine Offnung, zur vorzugsweise selbsttätigen Entleerung, der Flüssigkeit bei Stillstand des Rotors und/oder eine dritte Blende im Bereich des Dampferzeugungsbehälters mit geringstem Gravitationspotential, wobei die Öffnung während der Rotation durch einen Verschlußmechanismus, vorzugsweise umfassend ein Syphon, verschlossen ist.

Zudem wird vorgeschlagen, daß der erste Rotor über eine Welle von einem Motor antreibbar ist, wobei die Welle insbesondere eine Hohlwelle mit radialen Bohrungen und/oder Schlitzen ist, die entlang der Längsseite der Hohlwelle angeordnet sind, um einen Dampftransfer von dem Dampferzeugungsbehälter zu dem Dampfauslaß zu ermöglichen.

Ferner kann eine Vorrichtung gekennzeichnet sein durch einen Flüssigkeitsabscheidungsbehälter zwischen dem Dampferzeugungsbehälter und dem Dampfauslaß, wobei vorzugsweise von dem Flüssigkeitsabscheidungsbehälter eine Flüssigkeitsrückführung zu dem Dampferzeugungsbehälter verläuft.

Dabei kann vorgesehen sein, daß in dem Flüssigkeitsabscheidungsbehälter ein zweiter Rotor drehbar ist, der vorzugsweise mechanisch mit dem ersten Rotor gekoppelt ist.

In der Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, daß der erste und/oder zweite Rotor eine Ablöseeinrichtung umfaßt, die während der Rotation zumindest bereichsweise von einer Wandfläche des Dampferzeugerbehälters bzw. Flüssigkeitsabscheidungsbehälters Ablagerungen löst.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Ablöseeinrichtung Bürsten, Lamellen, Fransen und/oder Lippen, vorzugsweise aus lebensmittelechtem, hitzebeständigem Material, umfaßt.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Ablöseeinrichtung an ihrer bei Rotation zur Wandfläche nächstgelegenen Seite mindestens bereichsweise eine Materialverstärkung aufweist.

Für die Vorrichtung bevorzugt vorgeschlagen, daß die Ablöseeinrichtung in ruhendem Zustand keinen Kontakt zu den Wandflächen aufweist, jedoch bei Rotation, vorzugsweise über den Einsatz zumindest einer Federung.

In der Vorrichtung kann es auch vorgesehen sein, daß der erste und/oder zweite Rotor in Form eines Paddels, vorzugsweise mit zwei Paddelhälften, spiralförmig, schraubenförmig und/oder sternförmig ausgebildet ist bzw. sind.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß der Rotor selbst flexibel, vorzugsweise in Form von Bürsten, Lamellen, Fransen und/oder Lippen ausgeführt ist und in ruhendem Zustand keinen Kontakt zur Wand aufweist.

Dadurch, daß in dem zuvor beschriebenen Verfahren bzw. der Vorrichtung der Schritt unternommen wird, anstelle des Dampferzeugungsbehälters dessen Einbauten zu drehen, werden insbesondere die weiteren folgenden Vorteile erzielt:

  • i) Reduktion des Trägheitsmoments, wodurch gleichzeitig der Energiebedarf reduziert wird, Ansprechzeiten reduziert werden, Steuerzeiten reduziert werden, Lagerkräfte reduziert werden und Auswuchtungsprobleme reduziert werden; und
  • ii) Vereinfachung des Aufbaus, beispielsweise durch Vereinfachung der Installation und Kontaktierung einer Heizeinrichtung, sowie der Vermeidung konstruktiv aufwendiger Bauformen, wie sie bei rotierenden Außenbehältern üblich sind, um unter anderem drehbar ausgeführte Zuleitungen zu umgehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gehäuses und die erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

1 eine perspektivische, schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines beheizbaren Gehäuses gemäß der Erfindung;

2 eine Seitenansicht auf das Gehäuse der 1 aus Richtung A;

3 eine schematisch Teilschnittansicht des Gehäuses der 2 entlang der Schnittlinie B;

4 eine Abbildung der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einer Heizpatrone;

5a eine schematische Teilschnittansicht einer zweiten Ausfürungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung;

5b eine Vergrößerung des Ausschnitts C der 5a;

6a eine Teilschnittansicht des Gehäuses der 5a mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung;

6b eine Vergrößerung des Ausschnitts D der 6a;

7 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit ruhendem Rotor;

8 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit ruhendem Rotor; und

9 eine Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit ruhendem Rotor.

In 1 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen beheizbaren Gehäuses 1 dargestellt. Das Gehäuse 1 ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und weist eine Wand 3 auf. Die Wand 3 umgibt einen Innenraum 5. Innerhalb der Wand 3 ist eine Vielzahl von Aussparungen in Form von Bohrungen 7 ausgebildet. Wie 1 insbesondere zu entnehmen ist, durchdringen die Bohrungen 7 die Wand 3 des Gehäuses 1 vollständig entlang der gesamten Längsachse des Gehäuses 1. Dabei verlaufen die Bohrungen 7 im wesentlichen parallel zu der dem Innenraum 5 zugewandten Oberfläche der Wand 3.

Wie insbesondere 2, die eine Seitenansicht auf das Gehäuse 1 aus Richtung A in 1 darstellt, zu entnehmen ist, sind die Bohrungen 7 regelmäßig über den Umfang der Wand 3 verteilt. Insbesondere weist das Gehäuse 1 achtzehn Bohrungen 7 auf, d.h. der Winkelabstand &agr; zwischen den einzelnen Bohrungen 7 beträgt ungefähr 20°. Bei Einsatz des Gehäuses 1 als Wasserkessel innerhalb eines Dampferzeugers kann das Gehäuse 1 beispielsweise die folgenden Abmessungen aufweisen. Der Außendurchmesser dA der im wesentlichen rohrförmigen Wand 3 beträgt beispielsweise 88 mm, während der Innendurchmesser dB der Wand 3 ungefähr 60 mm beträgt. Weiterhin können die Bohrungen 7 einen Durchmesser von ungefähr 6,5 mm aufweisen, und in einem Abstand von ungefähr 37 mm von dem Mittelpunkt M angeordnet sein.

Wie insbesondere 3, die eine Schnittansicht des Gehäuses 1 aus Richtung B in 2 darstellt, zu entnehmen ist, beträgt die Länge des Gehäuses 1 beispielsweise 250 mm.

Bezüglich der Angabe dieser Bemaßungen wird hervorgehoben, daß diese lediglich beispielhaft sind und selbstverständlich andere Maße gewählt werden können.

In 4 ist eine Aufsicht auf das Gehäuse 1 dargestellt. Wie 4 zu entnehmen ist, ist in eine der Bohrungen 7 eine Heizeinrichtung in Form einer Heizpatrone 9 teilweise eingeführt. Die Heizpatrone 9 umfaßt ein erstes Hüllrohr in Form einer Ummantelung 11. Vorzugsweise besteht diese Ummantelung 11 aus einem Edelstahlmaterial. Ferner umfaßt die Heizpatrone 9 innerhalb der Ummantelung 11 einen nicht dargestellten Heizdraht der über Zuleitungen 13a, 13b mit elektrischer Energie zur Erzeugung einer Heizleistung versorgt werden kann. Ferner umfaßt die Heizpatrone 9 eine Signalleitung 15, die mit einem nicht dargestellten, von der Heizpatrone 9 umfaßten Temperatursensor verbunden ist. Mittels dieses Temperatursensors kann die lokale Temperatur der Heizpatrone 9 bzw. der Wand 3 im Bereich der Bohrung 7, in der sich die Heizpatrone 9 befindet, gemessen werden. Über den Verlauf der so erfaßten Temperatur kann insbesondere in dem Fall, in dem das Gehäuse 1 als Wasserkessel eines Dampferzeugers eingesetzt wird, festgestellt werden, ob sich eine störende Kalkschicht auf der den Innenraum 5 zugewandten Oberfläche der Wand 3 ausbildet. Dazu wird die Signalleitung 15 mit einer nicht dargestellten Regel- und/oder Steuereinrichtung verbunden, wobei vorzugsweise mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung bei Detektierung einer entsprechenden Kalkschicht der Betrieb des (Rotations)Dampfgenerators eingestellt wird.

Um eine gute Wärmübertragung zwischen der Heizpatrone 9 und der Wand 3 im Bereich der Bohrung 7 zu erzielen, entspricht der Außendurchmesser der Ummantelung 11 im wesentlichen dem Innendurchmesser der Bohrung 7. Die dazu notwendigen sehr geringen Toleranzen können aufgrund der Tatsache, daß die Ummantelung 11 aus einem Edelstahlmaterial besteht, welches ein Nachschleifen der Ummantelung 11 ermöglicht um den Außendurchmesser der Ummantelung 11 an den Innendurchmesser der Bohrung 7 anzupassen, erreicht werden. Um eine gute Wärmeübertragung der durch die Heizpatrone 9 erzeugten Wärme durch die Wand 3 zu erzielen, ist bevorzugt, daß die Wand 3 zumindest bereichsweise aus Aluminium besteht. Ferner ist vorgesehen, daß die Heizpatrone 9 innerhalb der Ummantelung 11 neben dem nicht dargestellten Heizdraht mit einem im wesentlichen elektrisch isolierenden, jedoch thermisch leitfähigen Füllmaterial gefüllt ist. Bevorzugt ist dabei, daß die Ummantelung 11 mit Magnesiumoxid als Füllmaterial gefüllt ist.

Die Verwendung der in 4 dargestellten Heizpatrone 9, die eine Ummantelung 11 aus einem Edelstahlmaterial, umfaßt, führt jedoch zu einem erhöhten Produktionsaufwand. So ist die Verwendung eines Edelstahlmaterials als Ummantelung 11 teuer und die Anpassung des Außendurchmessers der Ummantelung 11 an den Durchmesser der Bohrung 7 führt zu einem aufwendigen Produktionsprozeß, da der Außendurchmesser der Ummantelung 11 mit sehr geringen Toleranzen gefertigt werden muß. Des weiteren kann es notwendig sein, die Ummantelung 11 manuell nachschleifen zu müssen, um die entsprechende Paßgenauigkeit zu erreichen. Dennoch läßt es sich nicht gänzlich verhindern, daß sich ein Luftspalt zwischen der Ummantelung 11 und dem Gehäuse 3 innerhalb der Bohrung 7 bildet, was zu einer Erhöhung des Wärmeübertragungswiderstandes zwischen der Heizpatrone 9 und der Wand 3 führen kann. Bei entsprechend hohen Heizleistungen der Heizpatrone 9, wobei in das in 4 dargestellte Gehäuse 1 vorzugsweise achtzehn Heizpatronen 9 mit einer jeweiligen Heizleistung von 1kW eingesetzt werden können, kann es oberhalb von Flächenbelastungen von 22 W/cm2 zu lokalen Überhitzungen der Heizpatronen kommen. Dadurch ist eine Verkürzung der Lebensdauer der Heizpatrone 9 möglich. Aufgrund der Verwendung verschiedener Materialien für die Ummantelung 11 und der Wand 3 kann es bei derartigen Überhitzungen insbesondere zu unterschiedlichen Ausdehnungen der Wand 3 und der Heizpatronen 9 kommen, was dazu führen kann, daß die Heizpatrone 9 sich in der Bohrung 7 verklemmt und nicht mehr ohne weiteres aus der Bohrung 7 innerhalb der Wand 3 herausgezogen werden kann.

Zur Vermeidung dieser bei der Verwendung einer Heizpatrone 9 möglicherweise auftretenden Komplikationen wird mit der vorliegenden Erfindung insbesondere vorgeschlagen, daß eine Heizeinrichtung eingesetzt wird, bei der auf eine entsprechende Ummantelung verzichtet werden kann. Derartige Heizeinrichtungen sind in den 5a bis 6b dargestellt.

In 5a ist eine Teilschnittansicht eines Gehäuses 51 dargestellt, während in 5b eine Detailansicht des Ausschnitts C der 5a dargestellt ist, in der der Aufbau der Heizeinrichtung genauer dargestellt ist. Das Gehäuse 51 umfaßt eine Wand 53, in der eine Vielzahl von Bohrungen ausgebildet ist, wobei in den 5a und 5b lediglich eine Bohrung 57 dargestellt ist. Vorzugsweise besteht die Wand 53 aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie z.B. Aluminium, so daß das Gehäuse 51 vorzugsweise in Form eines Aluminiumprofils ausgebildet ist. Wie 5a weiterhin zu entnehmen ist, ist innerhalb der (Sack)bohrung 57 ein Heizdraht 59 direkt eingeführt. Der zwischen dem Heizdraht 59 und der Innenwandung der Bohrung 57 entstehende Zwischenraum ist mit einem Füllmaterial 61, vorzugsweise Magnesiumoxidpulver, ausgefüllt. Eine Verdichtung des Füllmaterials 61 kann insbesondere durch entsprechendes Rütteln bzw. Einpressen des Füllmaterials 61 in die Bohrung 57 erreicht werden.

Diese Ausführungsform der Heizeinrichtung bietet insbesondere den Vorteil, daß die Heizeinrichtung bei einer Fehlfunktion einzeln ausgetauscht werden kann, ohne daß das gesamte Gehäuse 51 ausgetauscht werden muß.

In den 6a und 6b ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Heizeinrichtung, die in das Gehäuse 51 eingeführt wird, dargestellt. Dabei ist die 6b eine Detailansicht des Ausschnitts D der 6a. Auch bei dieser Heizeinrichtung wird auf die Verwendung eines zusätzlichen ersten Hüllrohres in Form einer Ummantelung 11 verzichtet bzw. das erste Hüllrohr wird durch die Wand 53 des Gehäuse 51 selbst gebildet. Ähnlich der in der 5a dargestellten Heizeinrichtung wird bei der in 6a dargestellten Heizeinrichtung ein Zuleitungen 71a, 71b aufweisender Heizdraht 73 in die Bohrung 57 eingeführt. Um jedoch eine äquidistante Positionierung des Heizdrahts 73 innerhalb der Bohrung 57 sicherzustellen, wird der Heizdraht 73 zunächst vor dem Einführen in die Bohrung 57 in ein zweites Hüllrohr 75, das vorzugsweise aus Magnesiumoxid besteht, eingeführt und der innerhalb des zweiten Hüllrohrs 75 entstehende Zwischenraum zwischen der Innenwandung des zweiten Hüllrohrs 75 und dem Heizdraht 73 wird vorzugsweise mit Magnesiumoxidpulver als Füllmaterial 77 aufgefüllt. Anschließend wir das zweite Hüllrohr 75 gemeinsam mit dem Heizdraht 73 in die Bohrung 57 eingeführt. Um bei dieser Ausführungsform der Heizeinrichtung den Wärmeübertrag von dem Heizdraht 73 in die Wand 53 zu verbessern sowie eine Verdichtung des Füllmaterials 77 zu erreichen, wird mit der Erfindung folgendes Verfahren vorgeschlagen, wobei zu beachten ist, daß dieses Verfahren ebenfalls bei der in den 5a und 5b dargestellten Heizeinrichtung zur Verdichtung des Füllmaterials 61 angewendet werden kann.

Zunächst werden die jeweiligen Heizeinrichtungen in die Bohrungen 57 eingesetzt. Durch eine äußere Krafteinwirkung auf das Gehäuse 51, beispielsweise durch eine Zug- oder Druckbelastung auf das Gehäuse 51 kommt es zu einer Verformung der Wand 53, die insbesondere eine Reduzierung des Durchmessers der Bohrung 57 bewirkt. Durch diese Reduzierung des Durchmessers der Bohrung 57 kommt es zu einer höheren Verdichtung des Füllmaterials 61 bzw. 77. Darüber hinaus paßt sich dabei der Außenumfang des zweiten Hüllrohrs 75 an den Innendurchmesser der Bohrung 57 an, wodurch gegebenenfalls bestehende Luftspalte zwischen dem zweiten Hüllrohr 75 und der Innenwandung der Bohrung 57 entfernt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das das Gehäuse 51 bildende Aluminiumprofil mittels einer Matrize derartig gezogen oder gedrückt wird, daß es zu einer Formänderung der Wandung 53 kommt. Des weiteren wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das das Gehäuse 51 bildende Aluminiumprofil mit Hilfe von hydraulischen Pressen bearbeitet werden kann. Dabei kann beispielsweise im Innenraum des Gehäuses 51 ein Formstück eingebracht und auf die Wandung 53 von außen ein Druck ausgeübt werden, der zu einer Längenausdehnung des Gehäuses 51 und zu einer Reduzierung des Durchmessers der Bohrung 57 führt.

Ein wesentlicher Vorteil der in den 5a, 5b, 6a und 6b dargestellten Heizeinrichtungen besteht darin, daß durch die direkte Befüllung der Bohrungen 57 des Gehäuses 51 mit den Heizdrähten 59 bzw. 73 eine höhere Flächenbelastung der Heizeinrichtungen aufgrund des Verzichts auf ein entsprechendes erstes Hüllrohr in Form der Ummantelung 11, wie sie bei der Heizpatrone 9 vorgesehen ist, erzielt werden kann. Insbesondere kommt es zu einem guten Wärmeübertrag von dem Heizdraht 59 bzw. 73 in die Wand 53, da der Wärmewiderstand, der aufgrund von durch Fertigungstoleranzen bedingte Luftspalte erhöht sein kann, deutlich reduziert ist. Dadurch kann die durch die Heizeinrichtung zur Verfügung gestellte Heizleistung und damit deren Oberflächentemperatur erhöht werden, ohne daß ein Materialversagen des Heizdrahts 59 oder 73 zu befürchten ist. So kann beispielsweise die Flächenbelastung auf bis zu 35 W/cm2 erhöht werden, solange eine entsprechende Wärmeabfuhr aus der Wand 53 beispielsweise in eine Flüssigkeit innerhalb eines Dampferzeugers sichergestellt ist.

Wie 8 zu entnehmen ist, umfaßt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf in Form eines Dampferzeugers 101a, einen Dampferzeugungsbehälter umfassend ein beheizbares Gehäuse in Form eines rohrförmigen Wasserkessels 102 mit einem Zulauf in Form eines Wasserzulaufes 103 und einem Dampfauslaß 104 an dem oberen Ende des Wasserkessels 102, eine Blende 105, die zur Kondensat- und Verunreinigungsabscheidung den Wasserkessel 102 vom Dampfauslaß 104 trennt, Heizelemente 106, in Form von gemäß der Erfindung in Bohrungen innerhalb des rohrförmigen Wasserkessels 102 eingeführte Heizeinrichtungen, insbesondere in Form von Heizpatronen oder direkt in die Bohrungen eingeführte Heizdrähte, und ein um eine Drehachse 107, die mit der Längsachse des Wasserkessels 102 zusammenfällt, drehbares Paddel 108, das durch zwei Lager 109 gelagert und mit einem Motor 111 über eine Kupplung 114, die Justierungsfehler ausgleichen soll, und eine Welle 113 antreibbar ist. Das Paddel 8 weist zwei Paddelhälften 108a jeweils mit Paddellängsseiten 108b benachbart zur Wandfläche 112 des Wasserkessels 102, im Bereich der Blende 105 eine Aussparung 115 sowie eine Prallscheibe 116, um vor der Blende 105 einen Potentialwirbel zu erzeugen, auf. Am unteren Ende des Wasserkessels 102 befindet sich ein Abwasserauslaß 117, der einen Kragen 118 besitzt, um Wasserverluste durch Strömung in einer Grenzschicht zu vermeiden. Der Abwasserauslaß 117 ist nur durch einen Siphon 119 verschlossen, um Dampfverluste zu vermeiden, so daß sich der Wasserkessel 102 bei Stillstand des Paddels 108 selbständig entleert.

Bei dem mit Bezug auf 7 beschriebenen Dampferzeuger 101a wird Wasser über den Wasserzulauf 103 dem Wasserkessel 102 zugeführt und über das sich um die Drehachse 107 drehende Paddel 108 in Rotation versetzt, um gegen die über die Heizelemente 106 aufgeheizte Wandfläche 112 des Wasserkessels 102 gezwungen zu werden, was zu einer schnellen und gleichmäßigen Aufheizung des Wassers führt. Zugleich werden die im Stillstand durch Federn (nicht dargestellt) in ihrer in 7 dargestellten Ruheposition gehaltenen Paddelhälften 108a, an deren Längsseiten 108b sich feine flexible Lippen (nicht dargestellt) befinden, durch die Rotation gegen die Wandfläche 112 des Wasserkessels 102 gedrückt. Der Anpreßdruck ist dabei so dimensioniert, daß die Lippen nur leicht über die Wandfläche 112 schleifen. Hierdurch werden Salzablagerungen, insbesondere Kalkverkrustungen, vermieden. Ferner können die Längsseiten 108b Verstärkungen aufweisen, um eine möglichst langanhaltende Ablösewirkung bei geringer Abnutzung zu erzielen, bzw. bei flexibler Ausgestaltung des Rotors der Ablöseeinrichtung die Enden der verwendeten elastischen Lippen verstärkt sein, um den Anpressdruck während der Rotation an die Wandfläche 112 zu erhöhen. Zudem werden über die Blende 105 sowohl Verschmutzungen des Wassers als auch mit dem erzeugten Dampf mitgerissene Wassertropfen, die aufgrund der Rotation des Paddels 108 gegen die Wandfläche 112 des rohrförmigen Wasserkessels 102 gezwungen werden, davon abgehalten, mit dem Dampf aus dem Dampfauslaß 104 herauszutreten.

Die Geometrie am Blendendurchgang kann dabei zur Erhöhung der Trennungsrate von Dampf und Flüssigkeit so ausgestaltet sein, daß ein Potentialwirbel induziert wird, der durch die vorgeschaltete Prallscheibe 116 verstärkt werden kann.

Bei einem geringen Durchmesser des Wasserkessels 102 kann es trotz der genannten Gegenmaßnahmen durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten zur Mitnahme von Wassertröpfchen kommen. Bei der in 8 beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers 101b ist dem Wasserkessel 102 daher eine Wasserabscheidekammer 120 nachgeschaltet, die mitgenommenes Wasser wieder abscheidet und von einer zweiten Blende 121 begrenzt wird. In dieser Wasserabscheidekammer 120 dreht sich ein zweites Paddel 122, das von der selben Welle 113 angetrieben wird wie das Paddel 108 und das ebenfalls eine Aussparung 123 und eine Prallscheibe 124 besitzt, um einen Potentialwirbel zu erzeugen. Die aufgrund der durch das Paddel 122 erzeugten Rotation abgeschiedenen Wassertröpfchen werden über eine Wasserrückführung 125 in Form einer Rohr- oder Schlauchleitung wieder in den Wasserkessel 102 zurückgeführt. Alle anderen Komponenten des erfindungsgemäßen Dampferzeugers 101b gemäß 8 entsprechen dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger 101a gemäß 7.

In 9 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Dampferzeuger 100c dargestellt, in dem zusätzliche Maßnahmen implementiert sind, um die Wassermitnahme bei geringem Kesseldurchmesser zu reduzieren, wobei identische Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Das Paddel 108 wird hier von einer Hohlwelle 126 angetrieben, die gleichzeitig dazu dient, den erzeugten Dampf aus dem Wasserkessel 102 zu leiten. Um den Dampf in das Innere der Hohlwelle 126 zu bewegen, muß diese im Verdampferraum, also dem Wasserkessel 102, über die gesamte benetzte Länge mit radialen Bohrungen 129a oder Schlitzen versehen sein, deren Durchmesser oder Dichte in axialer Richtung so variiert ist, daß der strömungsbedingte Druckabfall in der Hohlwelle 126 kompensiert und somit die Strömungskomponente in Richtung der Drehachse 107 im Wasserkessel 102 außerhalb der Hohlwelle 126 sowie gleichzeitig die Wassermitnahme minimiert wird. Außerhalb des Wasserkessels 102 kann der Dampf z. B. durch weitere radiale Bohrungen 129b in der Hohlwelle 126 oder durch eine axiale Öffnung (nicht dargestellt) am Ende der Welle 126 wieder ausgekoppelt werden.

Am unteren Ende des Wasserkessels 102 ist die Welle 126 gelagert, wobei sie sich zu einer entsprechend dünneren Vollwelle verjüngen kann. Am oberen Ende des Wasserkessels 102 ist die Hohlwelle 126 durch eine Dichtung oder dampfdichte Lagerung 127 aus dem Wasserkessel 102 in eine darüber liegende Dampfauslaßkammer 128 geführt. In dieser Dampfauslaßkammer 128 oberhalb des Wasserkessels 102 besitzt die Hohlwelle 126 die Bohrungen 129b, um den erzeugten Dampf wieder austreten zu lassen und dem Dampfauslaß 104 zuzuführen. Die Hohlwelle 126 wird am anderen Ende der Dampfauslaßkammer 128 wieder mit einer Dichtung oder dampfdichten Lagerung 127' herausgeführt, wobei die Hohlwelle 126 in oder oberhalb der Dampfauslaßkammer 128 in eine dünnere Vollwelle übergehen kann. Oberhalb der Dampfauslaßkammer 128 ist die Hohlwelle 126 an den Motor 111 über eine Kupplung 114 zum Ausgleichen von Ausrichtungsfehlern zwischen der Motorachse und der Hohlwelle 126 angekoppelt.

Zusätzlich kann der Füllstand des Dampferzeugers 101a, 101b oder 101c durch Messung eines fliehkraftinduzierten Druckes an der Innen- und/oder Außenwandung des Wasserkessels 102 erfaßt werden.

Dabei ist es insbesondere bevorzugt, daß ein Wasserdrucksensor nahe der Innen- und/oder Außenwandung des Wasserkessels 102 angeordnet wird und über den mittels des Wasserdrucksensors erfaßten Wasserdruck die Heizleistung der Heizelemente 106 durch eine nicht dargestellte Regel- und/oder Steuereinheit, die sowohl mit dem Wasserdrucksensor als auch den Heizelementen 106 verbunden ist, eingestellt wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß innerhalb des Rotationsdampfgenerators 101a, 101b oder 101c ein konstanter Wasserdruck entlang der Innenwandung des Wasserkessels 102 erzeugt wird, was dazu führt, daß Ablagerungen an der Innenwandung des Wasserkessels 102 vermieden, zumindest reduziert werden. Durch eine entsprechende Veränderung der Leistung der Heizelemente 106 läßt sich somit eine entsprechende Einstellung eines konstanten Wasserdrucks erzielen.

Eine Entkalkung eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers 101a, 101b oder 101c wird durch die flexiblen Lippen an den Paddellängsseiten 108b der Paddelhälften 108a, die die Ablagerungen im Betrieb kontinuierlich von der Außenwand abtragen, bewirkt. Die Lippen selbst nutzen sich dabei nicht wesentlich ab, da sie im Bereich des Eintauchens in den Wasserfilm selbst verkalken und so überwiegend Kalk auf Kalk schabt. Am Paddel 108 kann sich aber auch nicht übermäßig viel Kalk ansammeln, da dieser durch die Fliehkraft nach außen getrieben und dort schließlich abgeschabt wird. Das entstehende Kalkmehl muß nur regelmäßig durch Spülen bzw. Wasserwechseln aus dem Wasserkessel entfernt werden. Die Verwendung von flexiblen Lippen als Ablöseeinrichtung oder die flexible Ausgestaltung des Rotors ansich birgt den Vorteil, daß durch eventuell vorhandene Ablagerungen kein Anhaften des Rotors mit der Wandfläche 112 im Ruhezustand erfolgen kann, da die Fliehkraft bei Rotation den Kontakt des Rotors oder der Ablöseeinrichtung zur Wandfläche 112 herstellt. Um eine selbsttätige Entleerung zu ermöglichen, kann das untere Ende des Wasserkessels 102, mit einer weiteren Blende oder einem Verschlußmechanismus (nicht dargestellt) versehen werden. Dabei kann die Blende 105 stromaufwärts des Dampfauslasses 104 mit eben solch einer Blende kombiniert werden.

Die in der voranstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1Gehäuse 3Wand 5Innenraum 7Bohrungen 9Heizpatrone 11Ummantelung 13a, 13bZuleitung 15Signalleitung 51Gehäuse 53Wand 57Bohrungen 59Heizdraht 61Füllmaterial 63a, 63bZuleitung 71a, 71bZuleitung 73Heizdraht 75Hüllrohr 77Füllmaterial &agr;Winkel dAAußendurchmesser dBInnendurchmesser dCDurchmesser dDAbstand 1Länge MMittelpunkt XLängsachse 101a, 101b, 101cDampferzeuger 102Wasserkessel 103Wasserzulauf 104Dampfauslaß 105Blende 106Heizelement 107Drehachse 108Paddel 108aPaddelhälfte 108bPaddellängsseite 109Lager 111Motor 112Wandfläche 113Welle 114Kupplung 115Aussparung 116Prallscheibe 117Abwasserablauf 118Kragen 119Siphon 120Wasserabscheidekammer 121Blende 122Paddel 123Aussparung 124Prallscheibe 125Wasserrückführung 126Hohlwelle 127, 127'dampfdichte Lagerung 128Dampfauslaßkammer 129a, 129bBohrungen

Anspruch[de]
  1. Beheizbares Gehäuse (1, 51, 102) für eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf (101a, 101b, 101c) mit zumindest einer Wand (3, 53, 112), die einen von dem Gehäuse (1, 51, 102) zumindest bereichsweise umgebenen Innenraum (5) zur Aufnahme einer zu verdampfenden Flüssigkeit begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (3, 53, 112) zumindest eine Aussparung (7, 57) zur Aufnahme zumindest einer Heizeinrichtung (9, 59, 73, 106) umfaßt.
  2. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung in Form zumindest einer die Wand zumindest teilweise durchdringenden Bohrung (7, 57) ausgebildet ist, vorzugsweise in Form zumindest einer Sackbohrung (57).
  3. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung in Form zumindest einer die Wand vollständig durchdringenden Bohrung (7) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die dem Innenraum (5) des Gehäuses (1) zugewandte Oberfläche der Wand (3) im wesentlichen geschlossen ist, insbesondere die Bohrung (7) die dem Innenraum des Gehäuses (1) zugewandte Oberfläche der Wand (3) nicht durchdringt.
  4. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung zumindest einen mit einem elektrischen Strom durchfließbaren Heizdraht (59, 73) umfaßt, wobei der Heizdraht (59, 73) vorzugsweise zumindest bereichsweise von zumindest einem ersten Hüllrohr (11) umgeben ist.
  5. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hüllrohr eine Ummantelung (11) zumindest einer in die Aussparung (7) zumindest bereichsweise einführbaren Heizpatrone (9) bildet, wobei vorzugsweise die äußere Geometrie der Ummantelung (11), insbesondere zumindest eine äußere Abmessung, wie ein Außendurchmesser, der Ummantelung (11), im wesentlichen der inneren Geometrie der Aussparung (7), insbesondere zumindest einer inneren Abmessung, wie einem Innendurchmesser (dC), der Aussparung (7), entspricht.
  6. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hüllrohr (11) der Heizpatrone zumindest bereichsweise einen, insbesondere nicht rostenden, Edelstahl, wie Incoloy, umfaßt.
  7. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hüllrohr durch die von der Wand (53) umfaßte Aussparung (57) gebildet ist.
  8. Beheizbares Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung zumindest ein den Heizdraht (73) zumindest bereichsweise umgebendes zweites Hüllrohr (75) umfaßt, wobei vorzugsweise der Heizdraht (73), insbesondere zur äquidistanten Positionierung desselben innerhalb des ersten Hüllrohres (57), zusammen mit dem zweiten Hüllrohr (75) in das erste Hüllrohr (57) einführbar ist.
  9. Beheizbares Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Zwischenraum zwischen dem Heizdraht (59, 73) und dem ersten Hüllrohr (57) und/oder dem zweiten Hüllrohr (75) und/oder zumindest ein Zwischenraum zwischen dem zweiten und dem ersten Hüllrohr zumindest bereichsweise mit zumindest einem Füllmaterial (61, 77) auffüllbar ist.
  10. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (61, 77) und/oder das zweite Hüllrohr (75) zumindest ein, insbesondere elektrisch isolierendes und/oder wärmeleitendes, vorzugsweise pulverförmiges und/oder verdichtetes, Material, wie Magnesiumoxid, Magnesiumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Berylliumnitrid, Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid umfaßt.
  11. Beheizbares Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine geometrische Abmessung des ersten Hüllrohres, insbesondere zur Vermeidung von Luftspalten zwischen dem ersten Hüllrohr (11, 57) und dem zweiten Hüllrohr (75) und/oder zur Komprimierung des Füllmaterials (61, 77), veränderbar ist, vorzugsweise der Durchmesser des ersten Hüllrohres (11, 57) verringerbar ist.
  12. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (dB) des ersten Hüllrohres (7, 11, 57) durch ein Dehnen des ersten Hüllrohres (7, 11, 57) in eine Längsrichtung, insbesondere ein Dehnen der Wand (3, 53) entlang einer Längsrichtung der Aussparung (7, 57), und/oder durch ein Komprimieren des ersten Hüllrohres (7, 11, 57) verringerbar ist.
  13. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (3, 57) zumindest bereichsweise, vorzugsweise im Bereich der Aussparung, ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 75 W/m·K, besser von mehr als 100 W/m·K, noch besser von mehr als 150 W/m·K und am besten von mehr als 200 W/m·K bei einer Temperatur von 300K umfaßt, insbesondere Aluminium, Beryllium, Caclium, Eisen, Gold, Iridium, Kupfer, Magnesium, Silber, Silicium, Wolfram und/oder Zink.
  14. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (9, 59, 73, 106) eine Wärmeleistung von mehr als 0,5 kW, besser von mehr 0,8 kW, noch besser von mehr als 1kW und am besten von mehr als 1,5 kW aufweist.
  15. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Flächenbelastung der Heizeinrichtung (9, 59, 73, 106) mehr als 15 W/cm2, besser mehr als 22 W/cm2, noch besser mehr als 30 W/cm2 und am besten mehr als 34 W/cm2 beträgt.
  16. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Gehäuse (1, 51, 102) zumindest bereichsweise umgebene Innenraum (5) im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, vorzugsweise einen Durchmesser (dB) von ungefähr 60 mm aufweist, wobei die den Innenraum (5) begrenzende Wand (3) insbesondere im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, vorzugsweise einen Außendurchmesser (dA) von ungefähr 88 mm aufweist.
  17. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Temperatursensor, insbesondere in thermischem Kontakt mit der Wand, wobei vorzugsweise über den insbesondere zeitlichen Verlauf von mittels des Temperatursensors erfaßten Temperaturwerten Ablagerungen, wie eine Kalkschicht, auf der Wand, insbesondere auf der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Wand, detektierbar ist.
  18. Beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (3, 53) eine Vielzahl von Aussparungen (7, 57) umfaßt, in die eine Vielzahl von Heizeinrichtungen (9, 59, 73, 106) aufnehmbar ist, wobei die Aussparungen (7) vorzugsweise in einem Winkelabstand von ungefähr 15°, besser von ungefähr 20°, noch besser von ungefähr 30° und am besten von ungefähr 45° zueinander um den Umfang des Innenraumes (5) angeordnet sind.
  19. Beheizbares Gehäuse nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Heizeinrichtung bzw. der Heizeinrichtungen in Abhängigkeit von der Erkennung von Ablagerungen unterbrechbar ist.
  20. Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf (101a, 101b, 101c), insbesondere für ein Gargerät, umfassend zumindest einen Dampferzeugungsbehälter (102), der einen Innenraum aufweist, der über einen Zulauf (103) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit füllbar ist und aus dem Dampf zu einem Dampfauslaß (104) gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeugungsbehälter (102) zumindest ein beheizbares Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt, wobei der Innenraum des Dampferzeugungsbehälters dem Innenraum des beheizbaren Gehäuses entspricht und die Flüssigkeit in dem Innenraum mittels Beheizung des beheizbaren Gehäuses aufheizbar ist.
  21. Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit beim Aufheizen mittels zumindest eines in dem Innenraum des Gehäuses gelagerten Rotors (108) in Rotation versetzbar ist, vorzugsweise die Flüssigkeit aufgrund der durch die Rotation wirkenden Fliehkräfte gegen die Wand des beheizbaren Gehäuses (102) drückbar ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch zumindest einen Drucksensor zur Detektion eines in der Flüssigkeit, insbesondere im Bereich einer Wand des Dampferzeugungsbehälters, herrschenden Drucks, wobei die Heizleistung zumindest einer Heizeinrichtung in Abhängigkeit von mittels des Drucksensors gemessenen Werten einstellbar ist, vorzugsweise zur Einstellung eines konstanten Drucks entlang der Wand des Dampferzeugungsbehälters, insbesondere zur Vermeidung der Entstehung von Ablagerungen, wie einer Kalkschicht, an der Wand.
  23. Gargerät mit zumindest einer Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf nach einem der Ansprüche 20 bis 22.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

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