Fakulteta za strojništvo
KONSTRUIRANJE SISTEMA ZA GENERIRANJE PARE IN NJENEGA DOVODA V PEČNIŠKI PROSTOR PARNE PEČICE
Diplomsko delo
Študent(ka): Tadej PLANTEV
Študijski program: Univerzitetni študijski program Strojništvo
Smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev
Mentor: izr. prof. dr. Bojan DOLŠAK
Somentor: doc. dr. Jurij AVSEC
Maribor, september 2011
II
I Z J A V A
Podpisani Tadej PLANTEV izjavljam, da: je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof. dr. Bojana DOLŠAKA in somentorstvom doc. dr. Jurija AVSECA ; predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi; soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet Univerze v Mariboru.
Maribor, 29.8.2011 Podpis: ______
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Bojanu DOLŠAKU in somentorju doc. dr. Juriju AVSECU za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi mentorju v podjetju Sebastjanu KOTNIKU in celotni ekipi razvoja kuhalnih aparatov za pomoč in podporo pri opravljanju strokovne prakse in diplomskega dela.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.
IV
KONSTRUIRANJE SISTEMA ZA GENERIRANJE PARE IN NJENEGA DOVODA V PEČNIŠKI PROSTOR PARNE PEČICE
Ključne besede: razvoj izdelkov, pečica, parna pečica, pečniški prostor, suh zrak, vlažen zrak, para, generiranje pare, zaskočka
UDK: 621.5.048:646(043.2)
POVZETEK V diplomski nalogi je prikazano konstruiranje sistema za generiranje pare in njenega dovoda v pečniški prostor parne pečice. Najprej smo pregledali konkurenčne aparate in obstoječe patente na tem področju. Nato smo določili parametre sistema. Sistem smo računalniško modelirali tako, da je prilagojen za uporabo v obstoječi pečici podjetja Gorenje. Pri tem smo upoštevali priporočila konstruiranja za proizvodnjo in izračune s področja termodinamike. Pri spojih z zaskočkami smo izračunali silo potrebno za spajanje. Sistem smo dali izdelati s postopkom hitre izdelave prototipov. Na koncu smo izvedli še meritve absolutne vlažnosti v pečniškem prostoru.
V
DESIGNING A SYSTEM FOR GENERATING AND TRANSPORTING STEAM IN TO A COOKING CAVITY OF A STEAM OVEN
Key words: product development, oven, steam oven, cooking cavity, dry air, moist air, steam, steam generating, snap-fit
UDK: 621.5.048:646(043.2)
ABSTRACT
The diploma work shows the designing of a system for generating and transporting steam in to a cooking cavity of a steam oven. First, the competing devices and existing patents were examined. Then the parameters of the system were determined. The system was modelled for use in an existing oven. The recommendations of design for manufacturing and thermodynamic calculations were considered. The required merging force was calculated at connections by snap-fits. The system was made with rapid prototyping and at the end measurements of absolute humidity in the oven cavity were performed.
VI
KAZALO
1 UVOD ...... - 1 -
1.1 OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA DIPLOMSKEGA DELA ...... - 1 -
1.2 PEČICA ...... - 1 -
1.3 PARNA PEČICA ...... - 2 -
1.4 OPREDELITEV DIPLOMSKEGA DELA ...... - 3 -
2 ANALIZA KONKURENČNIH APARATOV ...... - 4 -
2.1 GORENJE BOC6322AX ...... - 4 -
2.2 WHIRLPOOL AKZ 810 IX ...... - 5 -
2.3 AEG BS9304001M ...... - 6 -
2.4 SIEMENS HB36D572 ...... - 8 -
2.5 V-ZUG COMBI-STEAM XSL ...... - 9 -
2.6 MIELE DGC 5080XL ...... - 10 -
2.7 PRIMERJAVA KONKURENČNIH APARATOV ...... - 11 -
3 ANALIZA PATENTOV ...... - 12 -
3.1 PATENT DE 102006056063 ...... - 13 -
3.2 PATENT US 2008095905 ...... - 14 -
3.3 PATENT US 2005109215 ...... - 15 -
3.4 PATENT WO 2006004051 ...... - 15 -
3.5 PATENT EP 1543754 ...... - 17 -
4 ZAHTEVE PRI KONSTRUIRANJU ...... - 18 -
5 KONSTRUIRANJE Z UPOŠTEVANJEM TERMODINAMIČNIH ZAKONITOSTI VLAŽNEGA ZRAKA ...... - 19 -
5.1 TEORIJA VLAŽNEGA ZRAKA ...... - 19 -
5.2 IZRAČUN TERMODINAMIČNIH VELIČIN ZA PRIMER DOVAJANJA VLAŽNEGA ZRAKA .. - 21 -
5.3 IZRAČUN TERMODINAMIČNIH VELIČIN ZA PRIMER DOVAJANJA PARE ...... - 25 -
6 PRIPOROČILA IN SMERNICE UPOŠTEVANA PRI KONSTRUIRANJU SISTEMA ...... - 27 -
VII
6.1 SMERNICE KONSTRUIRANJA ZA PROIZVODNJO ...... - 27 -
6.2 KONSTRUIRANJE Z UPOŠTEVANJEM SMERNIC ERGONOMIJE ...... - 29 -
7 RAČUNALNIŠKO MODELIRANJE SISTEMA ...... - 30 -
7.1 RAČUNALNIŠKO MODELIRANJE POSODE ZA VODO ...... - 33 -
7.2 POKROV POSODE ZA VODO ...... - 33 -
7.3 POSODA UPARJALNIKA ...... - 34 -
7.4 POKROV POSODE ...... - 34 -
7.5 VENTIL ...... - 35 -
7.6 VZVOD VENTILA ...... - 35 -
7.7 VODILA ZA VSTAVLJANJE POSODE ...... - 36 -
7.8 PAROVOD ...... - 36 -
7.9 NOSILEC VENTILATORJA ...... - 37 -
8 PRERAČUN VZMETI IN ZASKOČK ...... - 38 -
8.1 IZBIRA IN PRERAČUN VZMETI ...... - 38 -
8.2 PRERAČUN ZASKOČK MED POSODAMA ...... - 39 -
8.3 PRERAČUN ZASKOČK MED POKROVOM IN POSODO UPARJALNIKA ...... - 42 -
9 IZDELAVA IN MONTAŽA SISTEMA ...... - 43 -
10 MERITVE ...... - 45 -
10.1 MERITEV 1 ...... - 46 -
10.2 MERITEV 2 ...... - 48 -
10.3 MERITEV 3 ...... - 50 -
10.4 KOMENTAR MERITEV IN PREDLOGI IZBOLJŠAV ...... - 52 -
10.5 UGOTAVLJANJE KONSTRUKCIJSKIH NAPAK NA FIZIČNEM MODELU IN PREDVIDENE
IZBOLJŠAVE ...... - 53 -
11 KONSTRUIRANJE IZBOLJŠAV SISTEMA ...... - 54 -
11.1 PONOVEN PRERAČUN SPODNJE ZASKOČKE PRI SPOJU MED POSODAMA ...... - 55 -
11.2 PONOVEN PRERAČUN ZASKOČKE MED POKROVOM IN POSODO UPARJALNIKA ...... - 56 -
12 ZAKLJUČEK ...... - 57 -
13 VIRI ...... - 58 -
VIII
13.1 TISKANI VIRI ...... - 58 -
13.2 SPLETNI VIRI ...... - 58 -
14 ŽIVLJENJEPIS ...... - 63 -
15 PRILOGE ...... - 64 -
15.1 PRILOGA 1: TABELA ZA VLAŽEN IN SUH ZRAK [4] ...... - 65 -
IX
KAZALO SLIK
Slika 1.1: Vgradna pečica višine 600mm Gorenje BO8750AA ...... - 2 -
Slika 2.1: Parna pečica Gorenje BOC6322AX ...... - 4 -
Slika 2.2: Notranjost Parne pečice Gorenje BOC6322AX ...... - 5 -
Slika 2.3: Parna pečica Whirlpool AKZ 810 IX ...... - 6 -
Slika 2.4: Parna pečiaca AEG BS9304001M ...... - 7 -
Slika 2.5: Dolivanje vode v parno pečico AEG BS9304001M ...... - 7 -
Slika 2.6: Generator za paro parne pečice AEG BS9304001M ...... - 7 -
Slika 2.7: Parna pečica Siemens HB36D572...... - 8 -
Slika 2.8: Notranjost parne pečice Siemens HB36D572 ...... - 8 -
Slika 2.9: Parna pečica V-zug Combi-Steam XSL ...... - 9 -
Slika 2.10: Vstavljanje posode za vodo v parno pečico V-zug Combi-Steam XSL ...... - 9 -
Slika 2.11: Parna pečica Miele DGC 5080 XL ...... - 10 -
Slika 2.12: Posodi za čisto in umazano vodo parne pečice Miele DGC 5080 XL ...... - 10 -
Slika 3.1: Slika patenta DE1002006056063 ...... - 13 -
Slika 3.2: Shema pečice v patentu US 2008095905 ...... - 14 -
Slika 3.3: Generator megle patenta US 2008095905 ...... - 14 -
Slika 3.4: Patent US 2005109215 ...... - 15 -
Slika 3.5: Shema aparata, ki je patentiran s patentom WO 2006004051 ...... - 16 -
Slika 3.6: Posoda za vodo aparata, ki je patentiran s patentom WO 2006004051 ...... - 16 -
Slika 3.7: Shema pečice ...... - 17 -
Slika 3.8: Priključka za vodo z vgrajenima ventiloma ...... - 17 -
Slika 4.1: Ultrazvočni atomizer ...... - 18 -
Slika 6.1: Priporočila za konstruiranje zaskočk ...... - 28 -
Slika 6.2: Priporočila za načrtovanje odprtin ...... - 28 -
X
Slika 6.3: Priporočila za izdelavo orodja za zaskočko ...... - 29 -
Slika 7.1: Slika računalniškega modela sistema, vgrajenega v pečico ...... - 31 -
Slika 7.2: Slika računalniškega modela sistema, vgrajenega v pečico ...... - 31 -
Slika 7.3: Prikaz delovanja ventila ...... - 31 -
Slika 7.4, Slika 7.5: Sliki prikazujeta računalniški model sistema ...... - 32 -
Slika 7.6, Slika 7.7: Sliki prikazujeta računalniški model posod ...... - 32 -
Slika 7.8: Računalniški model posode za vodo ...... - 33 -
Slika 7.9: Pokrov posode ...... - 33 -
Slika 7.10: Računalniški model posode uparjalnika ...... - 34 -
Slika 7.11: Računalniški model pokrova ...... - 34 -
Slika 7.12: Računalniški model ventila ...... - 35 -
Slika 7.13: Računalniški model vzvoda ventila ...... - 35 -
Slika 7.14: Računalniški model vodil ...... - 36 -
Slika 7.15: Računalniški model parovoda ...... - 36 -
Slika 7.16: Računalniški model nosilca ventilatorja ...... - 37 -
Slika 9.1: Prototip sistema ...... - 43 -
Slika 9.2: Sistem po vgradnji v obstoječo pečico ...... - 43 -
Slika 9.3: Sistem po vgradnji v obstoječo pečico ...... - 44 -
Slika 10.1: Preskus delovanja sistema s povečano razdaljo med gladino vode in pokrovom- 45 -
Slika 10.2: Računalniški model pokrova posode uparjalnika ...... - 45 -
Slika 10.3: Računalniški model sistema ...... - 45 -
Slika 11.1: Računalniški model pokrova ...... - 54 -
Slika 11.2: Računalniški model celotnega sistema ...... - 54 -
Slika 11.3:Računalniški model posod ...... - 55 -
XI
UPORABLJENI SIMBOLI
E [MPa] - modul elastičnosti F [N] - sila V [m3] - volumen P [Pa] - celotni tlak pw [Pa] - parcialni tlak vodne pare ps [Pa] - tlak nasičenja T [K] - temperatura t [°C] - temperatura x [g/kg] - vlažnost xs [g/kg] - vlažnost nasičenega zraka m [kg] - masa
ρw [g/m3] - absolutna vlaga (nenasičenega zraka) ρ [kg/m3] - gostota τ [s] - čas cp [J/kgK] - izobarna specifična toplota H [J] - entalpija h1+x [J/kg] - specifična entalpija r0 [J/kgk] - uparjalna entalpija pri 0°C mzr [kg] - masa suhega zraka mw [kg] - masa vlage v zraku ccpzr [J/kgK] - izobarna specifična toplota zraka cpw [J/kgK] - izobarna specifična toplota pregrete pare
Q [J/kgK] - toplotni tok d [mm] - Premer žice D [mm] - Srednji premer ovojev
Fmax [N] - Največja dovoljena sila ia [1] - Število aktivnih ovojev c [N/mm] - Vzmetna togost
L0 [mm] - Dolžina neobremenjene vzmeti s [mm] - poves vzmeti L [mm] - dolžina zaskočke XII
H [mm] - višina nosa zaskočke f [mm] - poves zaskočke h1 [mm] - višina zaskočke na koncu h2 [mm] - višina zaskočke na začetku a [mm] - širina zaskočke
εdop [%] - dopustni raztezek zaskočke α [°] - kot vrha zaskočke µ [1] - koeficient trenja
XIII
UPORABLJENE KRATICE
FS - Fakulteta za strojništvo
ISO - International Organisation for Standardization (Mednarodna organizacija za standardizacijo)
EPO - European Patent Office (Evropski patentni urad)
EP - Patent vložen pri evropski patentni organizaciji
DE - Patent vložen v zvezni republiki Nemčiji
US - Patent vložen v Združenih državah Amerike
WO - Patent vložen pri mednarodni patentni organizaciji
A1 - Prva patentna objava
STL - Stereolitography (stereolitografija)
XIV Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
1 UVOD
1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela
Skupina Gorenje spada med največje evropske proizvajalce bele tehnike. Je največji slovenski neto izvoznik. Svoje izdelke prodaja pod blagovnimi znamkami Gorenje, Atag, Asko, Pelgrim, Mora, Etna, Körting, Sidex, Upo in Gorenje+. Skupina Gorenje je ob koncu leta 2010 imela okoli 11.000 zaposlenih. V letu 2010 je ustvarila 1,4 milijarde evrov prihodkov od prodaje in 20 milijonov evrov čistega dobička [7]. Največji trgi so Nemčija, Francija, Italija, Velika Britanija, Španija in Rusija. Prodajni program obsega od zabavne elektronike do kmetijskih strojev. Največjo težo imajo gospodinjski aparati.
V diplomski nalogi smo se posvetili pečicam, ki spadajo pod program Kuhalni aparati. Gorenje gospodinjski aparati d.d. letno proizvede okoli 1,2 milijona kuhalnih aparatov od tega približno 300.000 vgradnih pečic. Program kuhalni aparati ima okoli 1.000 zaposlenih, od tega 850 v proizvodnji in 150 v skupnih službah [8].
1.2 Pečica
»Pečica je prostor z vratci za pečenje, zlasti kot del štedilnika« [9]
Pečice so lahko vgradne ali pa kot del štedilnika. Vgradne pečice lahko vgradimo v kuhinjske elemente. Glede na vrsto goriva jih lahko razdelimo na: električne pečice, plinske pečice, pečice na trda goriva.
Pečniški prostor je toplotno izoliran prostor v katerem se lahko pečejo oziroma kuhajo jedi.
Pečica je sestavljena iz ohišja, oboda pečice, vrat, izolacije, grelnih teles, upravljalne oziroma čelne plošče in dodatnih naprav kot na primer: hladilni ventilator, ventilator v pečniškem prostoru, krmilne elektronike, tipala za merjenje temperature…
Na evropskem trgu je najpogostejša širina vgradne pečice 600mm, izdelujejo pa se tudi v širinah 450m in 900mm. Običajna višina vgradne pečice je 600mm, pogoste pa so tudi vgradne pečice višine 450mm.
- 1 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Slika 1.1 [10] prikazuje vgradno pečico višine 600mm Gorenje BO8750AA
Slika 1.1: Vgradna pečica višine 600mm Gorenje BO8750AA
1.3 Parna pečica
Parna pečica je pečica, ki omogoča kuhanje v pari. Ločimo parne pečice, v katerih se para generira v pečniškem prostoru in parne pečice v katerih se para generira izven pečniškega prostora. Prednost parnih pečic v katerih se para generira v pečniškem prostoru je v enostavnejši konstrukciji in manjši porabi energije pri kuhanju v sopari. Prednost parnih pečic, v katerih se para generira izven pečniškega prostora, je v manjši porabi energije, kadar dodajanje pare ni potrebno.
Običajno se voda dovaja v pečico s pomočjo posebej za to namenjene posode, lahko pa je parna pečica priključena na vodovodno omrežje.
- 2 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
1.4 Opredelitev diplomskega dela
Ker je na evropskem trgu gospodinjskih aparatov vse večje povpraševanje po pečicah s funkcijo kuhanja v pari, se je podjetje odločilo, da bo prodajalo parno pečico, ki bo plod lastnega razvoja. V diplomski nalogi smo prikazali del razvoja sistema za generiranje pare in njenega dovoda v pečniški prostor parne pečice. Najprej smo analizirali konkurenčne aparate in obstoječe patente na tem področju. Nato smo računalniško modelirali sestavne dele sistema in dali izdelati prototipe. Sistem smo nato vgradili na obstoječo pečico in izvedli meritve. Na podlagi izkušenj pri montaži sistema in izvedbi meritev smo nato modelirali izboljšave na sistemu.
- 3 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2 ANALIZA KONKURENČNIH APARATOV
Na globalnem trgu gospodinjskih aparatov obstaja množica parnih pečic. Razlikujejo se predvsem v lokaciji generatorja za paro in posodah za dodajanje vode. Večja podjetja kot so Miele, Bosh and Siemens home appliances, Electrolux in V-zug imajo že dalj časa v svojem prodajnem programu parne pečice. V diplomski nalogi smo jih analizirali. Pomembna podatka sta bila prostornina posode za vodo in mesto generiranja pare.
2.1 Gorenje BOC6322AX
Gorenje ima v svojem prodajnem programu parno pečico Gorenje BOC6322AX (na sliki 2.1 [5]). Ta pečica ni bila razvita v podjetju Gorenje, niti je Gorenje ne izdeluje. Pečico v celoti dobavlja italijanski dobavitelj. Njena višina je 460mm in prostornina pečniškega prostora 27l. Prodajna cena je okoli 1500€ [11].
Slika 2.1: Parna pečica Gorenje BOC6322AX
- 4 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Slika 2.2: Notranjost Parne pečice Gorenje BOC6322AX
Iz slike 2.2 [12] je razvidno, da se para dovaja iz odprtine na desni strani pečniškega prostora. To pomeni, da je generator za paro izven pečniškega prostora. Posoda za vodo ima prostornino 1,2l. Nameščena je na desni strani ob pečniškem prostoru. Priključna moč pečice je 2200W.
2.2 WHIRLPOOL AKZ 810 IX
WHIRLPOOL je največji svetovni proizvajalec gospodinjskih aparatov. Ima 71000 zaposlenih. Svoje izdelke prodaja pod blagovnimi znamkami Whirlpool, Maytag, KitchenAid, Jenn-Air, Amana, Roper, Acros, Estate, Inglis, Bauknecht, Brastemp, Consul, Gladiator, GarageWorks [13].
V svojem prodajnem programu ima parno pečico WHIRLPOOL AKZ 810 IX (slika 2.3 [17]), ki ima višino 595mm in prostornino pečniškega prostora 53l. Priključna moč je 3500W. Prodajna cena je okoli 1250€ [14]. Para se generira izven pečniškega prostora [15]. Na upravljalni plošči ima odprtino, v katero je mogoče naliti 1l vode [16].
- 5 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Slika 2.3: Parna pečica Whirlpool AKZ 810 IX
2.3 AEG BS9304001M
AEG je blagovna znamka največjega evropskega proizvajalca gospodinjskih aparatov Electrolux. V skupini Electrolux je zaposlenih okoli 51500 zaposlenih. Svoje izdelke prodajajo pod blagovnimi znamkami: AEG, Advance Tech, Alpeninox, Arthur Martin, Atlas, Beam, bendix, Chef, Castor, Corbero, Dito, Dito-Electrolux, Dishlex, Dubix, Elektro-Helios, Electrolux, Electrolux Professional, Eureka, Faure, Frigidaire, Gibson, Juno, Juno-Electrolux, Kelvinator, Leonard, Lux, Marijnen, Molteni, Menalux, Moffat, Parkinson Cowan, Philco, Progress, Prosdocimo, Rex, Rex Electrolux, RosenleW, Simpson, Smart Choice, Sanitaire, Tornado, Tappan, The Boss, Therma, Tricity, Volta, Voss, Wascator, Wascomat, White- Westinghouse, Zanussi, Zanussi Professiolnal, Zanker in Zoppas [18].
Parna pečica AEG BS9304001M (slika 2.4 [21]) ima višino 594mm in prostornino pečniškega prostora 74l. Priključna moč je 3500W [19]. Prodajna cena je približno 2400€ [20].
- 6 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Slika 2.4: Parna pečiaca AEG BS9304001M
Slika 2.5: Dolivanje vode v parno pečico AEG BS9304001M
Slika 2.6: Generator za paro parne pečice AEG BS9304001M
Pečica AEG BS9304001M ima na upravljalni plošči odprtino za dolivanje vode (slika 2.5[22]). Možno je naliti do 0,8l vode. Generator za paro je v pečniškem prostoru (slika 2.6 [23]).
- 7 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2.4 Siemens HB36D572
Siemens je blagovna znamka podjetja BSH (Bosch and Siemens Home Appliances group). BSH zaposluje približno 43000 ljudi. Svoje izdelke prodajajo pod blagovnimi znamkami: Bosch, Siemens, Gaggenau, Neff, Thermador, Constructa, Viva, Ufesa, Junker, Pitsos, Coldex, Profilo [24].
Parna pečica Siemens HB36D572 (slika 2.7 [25]) ima višino 454mm in prostornino pečniškega prostora 32l. Prodajna cena je približno 1600€ [25].
Slika 2.7: Parna pečica Siemens HB36D572
Slika 2.8: Notranjost parne pečice Siemens HB36D572
Generator za paro je v pečniškem prostoru. Posoda za vodo ima prostornino 1,3l [25]. Iz slike 2.8 [26] je razvidno, da je posoda za vodo na desni strani ob pečniškem prostoru. Priključna moč je 1900W [25].
- 8 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2.5 V-zug Combi-Steam XSL
V-zug je švicarsko podjetje, ki svoje aparate prodaja pod lastno blagovno znamko. Zaposluje približno 1300 ljudi. Parne pečice ima v svojem prodajnem programu že preko 10let [27].
Parna pečica V-zug Combi-Steam XSL (slika2.9[28]) ima višino 454mm in prostornino pečniškega prostora 51l. Prodajna cena je približno 3900€ [28].
Slika 2.9: Parna pečica V-zug Combi-Steam XSL
Slika 2.10: Vstavljanje posode za vodo v parno pečico V-zug Combi-Steam XSL
Generator za paro je izven pečniškega prostora. Posoda za vodo se nahaja za upravljalno ploščo na desni strani (slika 2.10 [29]) in ima prostornino 1,2l. Priključna moč pečice je 3700W [28].
- 9 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2.6 Miele DGC 5080XL
Miele je nemško družinsko podjetje, ki zaposluje približno 16500 ljudi [30].
Parna pečica Miele DGC 5080XL (slika 2.11[31]) ima višino 456mm in prostornino pečniškega prostora 48l [31]. Prodajna cena je približno 3300€ [32].
Slika 2.11: Parna pečica Miele DGC 5080 XL
Slika 2.12: Posodi za čisto in umazano vodo parne pečice Miele DGC 5080 XL
Parna pečica Miele DGC 5080 XL ima posodo za svežo vodo in posodo za odpadno vodo (slika 2.12 [33]). Kapaciteta posamezne posode je 1,2l. Generator za paro je izven pečniškega prostora. Priključna moč je 3400W.
- 10 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2.7 Primerjava konkurenčnih aparatov
Preglednica 2.1: Primerjava konkurenčnih aparatov
V‐zug Gorenje Siemens AEGB Miele DGC WHIRLPOOL AKZ Combi‐ BOC6322AX HB36D572 S9304001M 5080 XL 810 IX Steam XSL
Višina 460mm 454mm 454mm 594mm 456 595mm pečice
Prostornina pečniškega 27l 32l 51l 74l 48l 53l prostora Prostornina posode za 1,2l 1,3l 1,2l 0,8l 1,2l 1l vodo izven v izven v izven izven Položaj pečniškega pečniškem pečniškega pečniškem pečniškega pečniškega generatorja prostora prostoru prostora prostoru prostora prostora
Priključna 2200W 1900W 3700W 3500W 3400W 3500W moč
Cena 1.450 € 1.600 € 3.900 € 2.500 € 3.300 € 1.260 €
Pri analizi konkurenčnih aparatov smo ugotovili, da ima večina analiziranih aparatov prostornino posode za vodo 1,2l ne glede na prostornino pečniškega prostora. Položaj posode za vodo je bil zgoraj za upravljalno ploščo ali na desni strani ob pečniškem prostoru. Večina analiziranih aparatov je imela generator za paro izven pečniškega prostora.
- 11 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3 ANALIZA PATENTOV
Na področju parnih pečic obstaja že veliko patentov. Večina jih še ni potrjenih, vendar smo smatrali kot da so veljavni. Informacije o patentih so bile pridobljene preko spletne strani Evropske patentne organizacije [34].
Evropska patentna organizacija združuje 38 držav. Evropska patentna organizacija ni pravno vezana na Evropsko unijo. Njen sedež je v Münchnu [35].
Espacenet je brezplačen spletni iskalnik patentov Evropske patentne organizacije [36].
V diplomski nalogi smo se omejili na patente parnih generatorjev oziroma načinov generiranja pare, ki uporabljajo ultrazvočno nihanje, kot izvor za atomiziranje vode. To so patenti DE 102006056063 (A1), US 2008095905 (A1), US 2005109215 (A1), WO 2006004051 (A1), EP 1543754 (A1). Kratice v oklepajih označujejo trenutno stanje patenta.
- 12 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.1 Patent DE 102006056063
Patent je vložilo podjetje Ego Elektro geretebau Gmbh. Izumitelj je Rolf Seeburger.
V tem patentu je zaščiten način ohlajanja grelca za funkcijo žar. V spodnjem delu pečice je nameščena dodatna naprava, ki atomizira vodo in jo v obliki megle vpihuje na infra grelec in ga s tem ohlaja (slika 3.1 [37]). Ker je infra grelec hlajen, lahko deluje neprekinjeno oziroma ga ni potrebno izklapljati zaradi previsokih temperatur in s tem lahko hitreje in bolj učinkovito toplotno obdela hrano [37].
Slika 3.1: Slika patenta DE1002006056063
- 13 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.2 Patent US 2008095905
Patent je prijavilo podjetje Whirlpool corporation. Izumitelji so Joel M Sells, Matthew G Voglewede in Shawn F Ollson.
Patentiran je generator za meglo in način ustvarjanja pare. Generator za meglo (slika 3.3 [39]), ki je fiksno pritrjen v pečici (slika 3.2 [38]), ustvarja meglo in jo s pomočjo ventilatorja vpihuje v pečniški prostor. V pečniškem prostoru mora biti temperatura vsaj 100°C, da se dovedena megla pretvori v vodno paro. Voda se po cevi dovaja v generator megle [38].
Slika 3.2: Shema pečice v patentu US 2008095905
Slika 3.3: Generator megle patenta US 2008095905
- 14 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.3 Patent US 2005109215
Patent sta prijavila Peter Helm in MKM Maschinenfabrik Kurt Neubauer Gmbh & CO. Izumitelj je Peter Helm.
Patent se nanaša na način dovajanja vode v pečniški prostor oziroma na način generiranja pare. V pečniškem prostoru je ventilator, ki je obdan z okroglim grelcem. Na ventilator je nameščen izvor atomiziranja vode. V pečniški prostor se dovaja voda preko cevi, ki je usmerjena na izvor atomiziranja vode. Na njem se dovedena voda atomizira. Zaradi visoke temperature v pečniškem prostoru se voda upari [40]. Delovanje je prikazano na sliki 3.4 [40].
Slika 3.4: Patent US 2005109215
3.4 Patent WO 2006004051
Patent so prijavili Ikuhiro Inada, Tomotaka Nobue, Yuji Hayakawa in Matsushita electric ind Co Ltd. Izumitelji so Ikuhiro Inada, Tomotaka Nobue in Yuji Hayakawa.
Patentiran je aparat, ki za toplotno obdelavo hrane uporablja kombinacijo visokih frekvenc, paro in klasičen način preko grelcev v pečniškem prostoru. Visoke frekvence se ustvarjajo s pomočjo magnetrona. Para se generira iz vode, ki ima posebno posodo. Samo generiranje pare v tem patentu ni opisano [41]. Slika 3.5 [41] prikazuje shemo aparata, ki uporablja takšen način generiranja pare. Slika 3.6 [41] prikazuje posodo za vodo, ki jo uporablja aparat.
- 15 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Slika 3.5: Shema aparata, ki je patentiran s patentom WO 2006004051
Slika 3.6: Posoda za vodo aparata, ki je patentiran s patentom WO 2006004051
- 16 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.5 Patent EP 1543754
Patent je prijavilo podjetje Samsung Electronics Co Ltd. Izumitelj je Jeub Ha Yu.
Patentirana je kombinacija priključkov za vodo med rezervoarjem za vodo in pečico. Lokacija priključkov je razvidna s slike 3.7 [43] (priključka sta obkrožena). Priključek za vodo na pečici in priključek za vodo na rezervoarju imata vgrajena ventila. Delovanje priključkov je prikazano na sliki 3.8 [43]. Ventila sta v izhodiščnem stanju zaprta. Če posoda ni vstavljena v pečico, je dovodni ventil v pečici zaprt. Prav tako je zaprt ventil na posodi. Ko se posoda vstavi v pečico, se odpreta oba ventila. Ta patent se ne nanaša na način generiranja pare [42].
Slika 3.7: Shema pečice
Slika 3.8: Priključka za vodo z vgrajenima ventiloma
- 17 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4 ZAHTEVE PRI KONSTRUIRANJU
Na podlagi prednosti generatorja pare izven pečniškega prostora in generatorja pare v pečniškem prostoru opisanih v razdelku 1.3, smo se odločili, da bomo konstruirali sistem za generiranje pare, ki bo nameščen izven pečniškega prostora, vendar se bo para generirala v pečniškem prostoru. To bomo dosegli z vpihovanjem megle v pečniški prostor. Megla se bo generirala s pomočjo ultrazvočnega atomizerja. Vpihovali jo bomo z radialnim ventilatorjem. Pri analizi konkurenčnih aparatov smo ugotovili, da ima večina aparatov možnost dodajanja okoli 1,2l vode. Sistem, ki ga bomo konstruirali, mora imeti možnost dodajanja vsaj 1l vode. Sistem bo nameščen na obstoječo pečico, zato je zaželeno čim manj potrebnih prilagoditev oz. predelav.
Ustvarjanje megle
Za ustvarjanje megle smo uporabili ultrazvočni atomizer. Ultrazvočni atomizer je naprava, ki s pomočjo visokih frekvenc atomizira vodo. Sestavljena je iz krmiljenja, ki ustvarja visokofrekvenčni signal in zvočnika, ki nato z visokofrekvenčnim nihanjem ustvarja meglo. Frekvenca nihanja je približno 1,7MHz. Za delovanje potrebuje nivo vode med 15mm in 60mm, za optimalno delovanje pa mora biti nivo vode med 35mm in 45mm. Ultrazvočni atomizer se večinoma uporablja pri vlažilcih zraka. Slika 4.1 [44] prikazuje ultrazvočni atomizer podjetja Siansonic.
Slika 4.1: Ultrazvočni atomizer
- 18 - Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
5 KONSTRUIRANJE Z UPOŠTEVANJEM TERMODINAMIČNIH ZAKONITOSTI VLAŽNEGA ZRAKA
5.1 Teorija vlažnega zraka
Teorijo vlažnega zraka smo povzeli po knjigi Termodinamika zmesi [3].
Vlažen zrak je zmes suhega zraka in vode. Pri vlažnem zraku razlikujemo tri področja:
1. Nenasičen vlažen zrak: obe komponenti sta v plinasti fazi, voda torej v obliki pregrete pare.
pw(T) 2. Nasičen vlažen zrak s kapljevitim kondenzatom. V tem primeru je temperatura t>0°C. Vsebuje suho paro in vodo kot meglo ali zbrano na dnu posode. Parcialni tlak vodne pare je enak tlaku nasičenja. pw(T)=ps(T) (5.2) 3. Nasičen zrak s trdnim kondenzatom. Temperatura je v tem primeru t<0°C. Poleg suhe pare vsebuje vlažen zrak še led, običajno kot srež ali ledeno meglo. Pri preobrazbah vlažnega zraka se v splošnem masa suhega zraka mzr ne spreminja, količina vlage v zraku mw pa se zaradi kondenzacije lahko spreminja. Zato je vpeljana vlažnost x kot opis sestave vlažnega zraka