CH706695A2 - Durchlauferhitzer. - Google Patents

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Abstract

Ein Durchlauferhitzer (1) weist einen aus mindestens zwei sich um eine Achse (A) herum erstreckende Schichten (10, 13, 20, 21) gebildeten Körper auf. Von diesen Schichten ist eine Aussenschicht (10) mit etwa schraubenlinienförmig um die Achse (A) gewendelten, in eine Wandung (14) der Schicht (10) eingearbeiteten Kanälen (12) versehen, die an einem Ende einen Zulauf (18) für eine zu erhitzende Flüssigkeit und am anderen Ende einen Ablauf (19) für diese aufweist. An diese Aussenschicht (10) schliesst eine in gleicher Richtung gewendelte Heizwendeln (3a) tragende innere Schicht (13) an. Letzten Endes ist anschliessend an die Aussen- (10) und/oder die Innenschicht (13) mindestens eine Isolierungsschicht (20, 21) vorgesehen.

Description

[0001] Für das Erhitzen von Flüssigkeiten im Durchlaufbetrieb sind schon viele verschiedene Vorschläge gemacht worden. Nach der DE-1 335 956 U sind ein Rohrheizkörper und ein Metallrohr für Wasser in Schraubenform in mehreren zueinander parallelen Windungen geführt und in einen Metallkörper eingegossen sind. Die zueinander parallelen Windungen erlauben zwar eine gute Wärmeübertragung von einem Rohr zum anderen, doch sind die Wärmeverluste über die Masse des Metallkörpers relativ gross, so dass ein Aufheizen in kurzer Zeit nicht möglich ist.
[0002] Nach der DE-19 829 681 C1 läuft die zu heizende Flüssigkeit über ein Kapillarrohr zu, was natürlich keine grossen Durchlaufmengen erlaubt.
[0003] Im Falle der DE-10 322 034 ist ein Flächenheizkörper an der Aussenseite eines Rohres angebracht in. Ein Innenrohr dient als Träger für schraubenlinienförmige Rippen, die aber nicht bis zum Aussenrohr reichen, so dass der Wärmeübergang vom Flächenheizkörper zu den über die Rippen geführte Flüssigkeit relativ schlecht ist.
[0004] Bei der DE-10 2011 052 452 wird die Flüssigkeit in ein topfartiges Behältnis eingeführt, in dem Heizwendeln untergebracht sind. Eine gleichmässige Aufheizung der Flüssigkeit in kurzer Zeit ist damit nicht möglich.
[0005] Nach der FR 2 960 285 ist ein Aussenrohr und ein Innenrohr vorgesehen, in welch letzterem sich die aufzuheizende Flüssigkeit bewegt, während in das Aussenrohr von einem Solarkollektor aufgeheizte Heizflüssigkeit eingebracht wird. Die Wärmeverluste sind dabei beträchtlich.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen energieeffizienten Durchlauferhitzer zu schaffen, der im Stande ist, die jeweilige Flüssigkeit, wie Wasser, Milch oder dgl., in kürzester Zeit auf die gewünschte Temperatur zu bringen, und dies auch noch in kostengünstiger Weise. Erfindungsgemäss gelingt dies durch die Kombination der Merkmale des Anspruches 1.
[0007] Die Möglichkeit, Aussen- und Innenschicht relativ dünn auszubilden, verringert die die Wärme aufnehmende und daher die Erhitzung der Flüssigkeit verzögernde Masse. Dies bedeutet aber auch eine platzsparende und kostengünstige Bauweise. Gleichzeitig werden Wärmespeicherung und -Verluste durch die mindestens eine Isolationsschicht gering gehalten.
[0008] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Durchlauferhitzer im Sinne des Pfeiles I der Fig. 2, jedoch ohne Ummantelung; <tb>Fig. 2<sep>eine Seitenansicht des Durchlauferhitzers mit angedeuteter Ummantelung; <tb>Fig. 3<sep>einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Durchlauferhitzer; und <tb>Fig. 4<sep>einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform.
[0009] Fig. 1 zeigt einen Durchlauferhitzer 1 mit mindestens einer (vorzugsweise wenigstens zwei) Efensicherung(en) und Erdung 2 im Kreislauf einer Heizwicklung 3 sowie einer Sensoreinheit 4, die im Allgemeinen zumindest einen Temperatursensor umfassen wird. An die Heizleitung 3 ist eine Regelstufe 5 für die an die Heizwendeln 3 von einem Netzanschluss 6 abgegebene Energie angeschlossen. Zweckmässig ist diese Regelstufe 5 mit einem Programmspeicher 7 versehen, um eines von mehreren Programmen auszuführen, die über eine Eingabeeinheit 8, wie ein Tastenfeld, ein Touch-Screen oder über einen blossen Wahlschalter, abgerufen werden können, wobei über diese Eingabeeinheit 8 zweckmässig auch die gewünschte Aufheiztemperatur eingegeben werden kann. Diese Temperatur wird von der Sensoreinheit 4 gemessen und als Eingangssignal der Regelstufe 5 zugeführt. Die Art der möglichen Programme sei später besprochen.
[0010] Ferner ist die Regelstufe 5 an eine Pumpensteuereinrichtung 9 angeschlossen, mit der die Durchlaufgeschwindigkeit der jeweils durch den Durchlauferhitzer 1 gepumpten Flüssigkeit – und damit auch die Zufuhr kalter Flüssigkeit – geregelt (z.B. über einen in der Sensoreinheit 4 oder gesondert vorhandenen Drucksensor) oder durch Steuerung der Pumpgeschwindigkeit gesteuert werden kann.
[0011] An Hand der Fig. 2 und 3 soll nun der Aufbau des Durchlauferhitzers 1 erläutert werden. Dieser ist aus mehreren Schichten aufgebaut, wovon Fig. 3eine Aussenschicht 10 mit etwa schraubenlinienförmig um eine Längsachse A gewendelten, in eine Wandung 11 der Schicht 10 eingearbeiteten, vorzugsweise eingefrästen, Kanälen 12 aufweist. Die Kanäle 12 haben vorzugsweise eine von einem runden bzw. kreisförmigen Querschnitt abweichende Form, sind also – wie dargestellt – bevorzugt rechteckig oder trapezförmig, um so die Oberfläche gegenüber dem Volumen (im Vergleich zu einem kreisförmigen Querschnitt) zu vergrössern. Typischerweise liegt etwa das Verhältnis der einer zweiten, inneren Schicht 13 zugewandten Kanalwandung 14 zur schraubenlinienförmig verlaufenden seitlichen Begrenzungswandung 15 im Bereiche von 1: 0,2 bis 1: 0,25, doch lassen sich Steigung der Schraubenform und die Dimension variieren. Die der Kanalwandung 14 gegenüberliegende, radial aussen liegende Wand kann gegebenenfalls kürzer sein, in welchem Fall dann durch entsprechende Dimensionierung der Seitenwände 15 ein Trapezquerschnitt entsteht.
[0012] Diese Aussenschicht weist als Abdeckung ein Mantelrohr 16 auf, das am besten aufgeschrumpft bzw. warm aufgezogen, aber dann auch noch – mindestens an den Enden –, zweckmässig mittels Laser, verschweisst ist. Vorteilhaft erstreckt sich dabei die der Kanalwandung 14 entsprechende Fortsetzung 14a über an mindestens einer der Stirnseiten des Durchlauferhitzers 1 angebrachten (unbeheizten und hitzebeständigen) Abdeckungen 17, deren Funktion unten noch erläutert wird und vorteilhaft die Enden der Heizleitungen 3 laufen (vgl. Fig. 1 und 2).
[0013] Zum Zuführen der zu erhitzenden Flüssigkeit, wie Wasser (z.B. im Falle eines Duschwassererhitzers) oder Milch (im Falle eines Getränke-Herstellapparates), ist jeweils ein Zulaufrohr 18 und ein Ablaufrohr 19 vorgesehen, welches theoretisch zwar parallel zur Achse A in die Kanäle 12 einmünden könnte, bevorzugt jedoch quer zur Achse A des die Schichten aufweisenden Körpers des Durchlauferhitzers 1 angebracht sind, wie dies aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.
[0014] Die innere Schicht 13 besteht aus einem hitzebeständigen, wärmeleitenden, z.B. keramischen, Heizleiterträger, in den die Wendeln 3a der Heizleiter 3 eingebettet sind. Diese Wendeln 3a sind in gleicher Richtung gewendelt, wie die Kanäle 12, d.h. sie laufen zu diesen parallel, so dass ein optimaler Wärmeübergang von den Heizwendeln 3a zu den Kanälen 12 stattfindet. Dazu sind die Heizwendeln 3a näher zu den Kanälen 12 als zur Achse A angeordnet. Vorzugsweise beträgt der Abstand a zwischen der (kreisförmigen) Linie der Kanäle 12 und der (kreisförmigen) Linie der Heizwendeln ein Viertel bis zu einem Fünftel des Abstandes a ́ der Linie der Heizwendeln 3a zur Achse A, so dass der Wärmeübergang von den Heizwendeln 3a zu den Kanälen 12 sehr rasch erfolgen kann.
[0015] Die Tatsache, dass der Abstand a ́ weitaus grösser ist als der Abstand a ergibt einen relativ grossen Raum dazwischen, der auch eine grosse Wärmemenge absorbieren würde. Um dies zu vermeiden und um die Leistung der Heizwendeln 3a möglichst nur den Kanälen 12 zukommen zu lassen, ist gegen die Achse A hin mindestens eine Isolierungsschicht in Form eines hohlen Rohres 20 aus temperaturbeständigem Material vorgesehen. Das hohle Innere dieses Rohres kann mit hitzebeständigem Isoliermaterial 21, insbesondere Keramik, ausgefüllt sein, um so das Energie absorbierende Volumen zu verringern und somit beim Aufheizen der Flüssigkeit in den Kanälen 12 Energie zu sparen. Es ist aber auch möglich, die Luft im Inneren des hohlen Rohres 20 für die Isolation zu gebrauchen.
[0016] Während so der Übertritt grösserer Wärmemengen in das Innere des Durchlauferhitzers 1 verhindert wird, was das Aufheizen der Flüssigkeit in den Kanälen 12 beschleunigt (eigentlich ist es nur ein einziger, schraubenförmiger Kanal 12, obwohl eine mehrgängige Schraube ebenso möglich wäre) ist es alternativ oder zusätzlich auch noch möglich eine in Fig. 2 angedeutete Isolierschicht 22 an der Aussenseite des Durchlauferhitzers 1 anzubringen. Überdies kann es vorteilhaft sein, an der Aussenseite, insbesondere über die axiale Erstreckung der Heizwendeln 3a, eine gut wärmeleitende bzw. wärmespeichernde Schicht 23, z.B. aus Aluminium oder Kupfer, anzubringen, die sich zweckmässig in Axialrichtung nur über die Länge des von den Schichten 10, 13 gebildeten Körper des Durchlauferhitzers 1 erstreckt.
[0017] Es hat sich herausgestellt, dass für verschiedene Anwendungen die Anbringung eines an die Regelstufe 5 angeschlossenen und von ihr gesteuerten Vibrators 24 an der Aussenseite des Durchlauferhitzers 1 von Vorteil ist. Zum einen begünstigt sein Betrieb die Aufheizung, zum anderen kann er nach Abschalten der Heizung und/oder kurz vor deren Inbetriebnahme zur Reinigung bzw. Entkalkung der Kanäle 12 eingesetzt werden. Gegebenenfalls lässt sich die jeweilige Betriebsart und/oder die Vibrationsfrequenz bzw. -stärke durch die Eingabeeinheit 8 einstellen. Gerade wenn die Schichten 22 bzw. 23 fehlen, kann es für manche Zwecke vorteilhaft sein, wenn sich die axiale Lage des Vibrators 24 einstellbar ist. Alternativ kann die axiale Lage des Vibrators 24 vor dem äusseren Anbringen wenigstens einer der Schichten 22, 23 eingestellt werden. Das Verschieben erfolgt über einen mit einer Klemmschraube 26 festlegbaren Tragring 25. Es kann aber ein verbesserter Wärmeübergang dadurch erzielt werden, dass wenigstens eine der Schichten 22, 23 und/oder (insbesondere) der Tragring 25 aufgegossen ist.
[0018] Da somit die Bedingungen für eine rasche – und damit energiesparende – Aufheizung durch die in Radialrichtung bezüglich der Achse A aufeinander folgenden Schichten, aber auch durch die in Achsrichtung anschliessenden und dort den Abgang von Wärme verhindernden Abdeckungen 17 optimiert sind und somit ein rascher Temperaturwechsel herbeigeführt werden kann, können über die Eingabeeinheit 8 verschiedene Programme, wie etwa ein Therapieprogramm mit einem Wechsel der Wassertemperatur nach Art einer Kneipp-Kur, ein Spülprogramm (nach Beendigung des Aufheizens) oder eine Programmierung für die Pumpensteuerung 9 in der Weise, dass der Flüssigkeitsdruck zu Beginn des Aufheizens abgesenkt wird (erleichtert das rasche Aufheizen). Für all diese Programme ist der Programmspeicher 7 vorgesehen.
[0019] Gemäss Fig. 4 ist ein Heizkörper 13a vorgesehen, der grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist, wie zuvor an Hand der Schichten 13, 20 und 21 beschrieben worden ist. An der Aussen-schicht 10a sind jedoch nicht an der Aussenseite, sondern von der Innenseite her ausgefräst (im Prinzip wäre die Herstellung der Kanäle auch durch Drehen denkbar). Die so hergestellte Aussenschicht 10a wird dann auf den Körper 13a warm aufgezogen und haftet auf ihm nach dem Abkühlen. Auch hier ist es zweckmässig, wenn die Aussenschicht 10a anschliessend an den (axialen) Enden festgeschweisst wird, insbesondere durch Laserschweissen.

Claims (10)

1. Durchlauferhitzer mit einem aus mindestens zwei sich um eine Achse (A) herum erstreckenden Schichten (10, 13, 20, 21) gebildeten Körper, wovon a) eine Aussenschicht (10) etwa schraubenlinienförmig um die Achse (A) gewendelte, in eine Wandung (14) der Schicht (10) eingearbeitete Kanäle (12) aufweist, die an einem Ende einen Zulauf (18) für eine zu erhitzende Flüssigkeit und am anderen Ende einen Ablauf (19) für diese aufweist, b) an welche Aussenschicht (10) eine in gleicher Richtung gewendelte Heizwendeln (3a) tragende innere Schicht (13) anschliesst, und c) anschliessend an die Aussen- (10) und/oder die Innenschicht (13) mindestens eine Isolierungsschicht (20, 21; 22) vorgesehen ist.
2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwendeln (3a) näher zu den Kanälen (12) als zur Achse (A) angeordnet sind, vorzugsweise in einem Viertel bis einem Fünftel des Abstandes zur Achse (A).
3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Körper mindestens ein Vibrator (24) angebracht ist.
4. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwendeln (3a) in einem wärmeleitenden Material (13) eingebettet sind.
5. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kanäle (12) aufweisende Aussenschicht (10) als auf die innere Schicht (13) warm aufgezogenes und verschweisstes, insbesondere lasergeschweisstes, Mantelrohr, vorzugsweise mit an der Aussenseite aus dem Rohr ausgearbeiteten Kanälen (12), ausgebildet ist.
6. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (18) und/oder der Ablauf (19) quer zur Achse (A) des Körpers angebracht sind.
7. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper an mindestens einer seiner Stirnseiten eine Abdeckung (17) aufweist.
8. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (4) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einer Regelstufe (5) für die an die Heizwendeln (3a) abgegebene Energie zuführbar ist.
9. Durchlauferhitzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstufe (5) einen Programmspeicher (7) aufweist, durch den eine Abfolge von Programmschritten, wie Zeit der Vibration, Spülung der Kanäle nach einer Heizperiode, steuerbar ist.
10. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kanäle (12) eine von einem runden bzw. kreisförmigen Querschnitt abweichende Form aufweist, und dass diese Form bevorzugt rechteckig oder trapezförmig ist.
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