CH706695A2

CH706695A2 - Heater.

Info

Publication number: CH706695A2
Application number: CH00857/12A
Authority: CH
Inventors: Manuela Wagner; Walter Wagner
Original assignee: C3 Casting Competence Ct Gmbh
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-31
Also published as: WO2013189869A1; EP2861914A1; EP2861914B1

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.A continuous flow heater (1) has a body formed from at least two layers (10, 13, 20, 21) extending around an axis (A). Of these layers, an outer layer (10) with approximately helically around the axis (A) coiled, in a wall (14) of the layer (10) incorporated channels (12) provided at one end an inlet (18) for a heated liquid and at the other end has a drain (19) for this. At this outer layer (10) adjoins a coiled in the same direction heating coils (3a) inner layer (13). Finally, at least one insulating layer (20, 21) is provided following the outer (10) and / or the inner layer (13).

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. For the heating of liquids in continuous operation many different proposals have been made. According to DE-1 335 956 U a tubular heater and a metal tube for water in helical form are guided in several mutually parallel turns and are cast in a metal body. Although the mutually parallel turns allow good heat transfer from one pipe to another, but the heat losses over the mass of the metal body are relatively large, so that heating in a short time is not possible.

[0002] Nach der DE-19 829 681 C1 läuft die zu heizende Flüssigkeit über ein Kapillarrohr zu, was natürlich keine grossen Durchlaufmengen erlaubt. According to DE-19 829 681 C1, the liquid to be heated passes through a capillary tube, which of course does not allow large flow rates.

[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. In the case of DE-10 322 034 a surface heating element on the outside of a pipe is mounted in. An inner tube serves as a carrier for helical ribs, but not to the outer tube, so that the heat transfer from the surface heater to the on the ribs guided liquid is relatively poor.

[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. In DE-10 2011 052 452, the liquid is introduced into a pot-like container in which heating coils are housed. A uniform heating of the liquid in a short time is not possible.

[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. According to FR 2 960 285, an outer tube and an inner tube is provided, in which latter moves the liquid to be heated, while in the outer tube of a solar collector heated heating fluid is introduced. The heat losses are considerable.

[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. The invention has for its object to provide an energy-efficient water heater, which is able to bring the respective liquid, such as water, milk or the like., In the shortest possible time to the desired temperature, and this in a cost effective manner. According to the invention, this is achieved by the combination of the features of claim 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. The ability to make the outer and inner layers relatively thin, reduces the heat-absorbing and therefore the heating of the liquid retarding mass. But this also means a space-saving and cost-effective design. At the same time, heat storage and losses due to the at least one insulation layer are kept low.

[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.Further details of the invention will become apparent with reference to the following description of an embodiment schematically illustrated in the drawing. Show it: <Tb> FIG. 1 <sep> is a plan view of an inventive flow heater in the direction of arrow I of Figure 2, but without sheath. <Tb> FIG. 2 <sep> a side view of the water heater with indicated casing; <Tb> FIG. 3 <sep> a longitudinal section through the inventive flow heater; and <Tb> FIG. 4 <sep> is a section through a modified embodiment.

[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. Fig. 1 shows a water heater 1 with at least one (preferably at least two) Efensicherung (s) and ground 2 in the circuit of a heating coil 3 and a sensor unit 4, which will generally comprise at least one temperature sensor. To the heating line 3, a control stage 5 is connected to the output to the heating coils 3 from a power supply 6 energy. Conveniently, this control level 5 is provided with a program memory 7 to run one of several programs that can be accessed via an input unit 8, such as a keypad, a touch screen or a mere selector switch, via this input unit 8 expediently the desired heating temperature can be entered. This temperature is measured by the sensor unit 4 and fed to the control stage 5 as an input signal. The type of possible programs will be discussed later.

[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. Further, the control stage 5 is connected to a pump control device 9, with the flow rate of each pumped through the water heater 1 liquid - and thus the supply of cold liquid - regulated (eg via a in the sensor unit 4 or separately existing pressure sensor) or can be controlled by controlling the pumping speed.

[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. With reference to FIGS. 2 and 3, the construction of the water heater 1 will now be explained. This is composed of several layers, of which Fig. 3 has an outer layer 10 with approximately helically wound around a longitudinal axis A, in a wall 11 of the layer 10 incorporated, preferably milled channels 12 has. The channels 12 preferably have a different shape from a round or circular cross-section, and are thus - as shown - preferably rectangular or trapezoidal, so as to increase the surface area compared to the volume (compared to a circular cross-section). Typically, the ratio of the channel wall 14 facing a second inner layer 13 to the helical lateral boundary wall 15 is in the range of 1: 0.2 to 1: 0.25, but pitch of the helical shape and dimension can be varied. The wall of the wall 14 opposite, radially outer wall may optionally be shorter, in which case then by appropriate dimensioning of the side walls 15, a trapezoidal cross-section is formed.

[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). This outer layer has as a cover to a jacket tube 16, the best shrunk or raised warm, but then also - at least at the ends -, conveniently by means of laser welded. Advantageously, the continuation 14a corresponding to the channel wall 14 extends over covers (unheated and heat-resistant) 17 attached to at least one of the end faces of the instantaneous water heater 1, the function of which will be explained below and advantageously the ends of the heating cables 3 (see FIGS 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. For supplying the liquid to be heated, such as water (eg in the case of a shower water heater) or milk (in the case of a beverage manufacturing apparatus), a respective inlet pipe 18 and a drain pipe 19 is provided, which theoretically parallel to the axis A in the Channels 12 could open, but preferably transverse to the axis A of the layers having body of the water heater 1 are mounted, as shown in FIGS. 2 and 3 can be seen.

[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. The inner layer 13 is made of a heat-resistant, heat-conductive, e.g. ceramic, Heizleiterträger, in which the coils 3a of the heating element 3 are embedded. These coils 3a are coiled in the same direction as the channels 12, i. they run parallel to these, so that an optimal heat transfer from the heating coils 3a to the channels 12 takes place. For this purpose, the heating coils 3a are arranged closer to the channels 12 than to the axis A. Preferably, the distance a between the (circular) line of the channels 12 and the (circular) line of the heating coils is one quarter to one fifth of the distance a of the line of the heating coils 3a to the axis A, so that the heat transfer from the heating coils 3a to the channels 12 can be done very quickly.

[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. The fact that the distance a is much greater than the distance a results in a relatively large space in between, which would also absorb a large amount of heat. To avoid this and to allow the performance of the heating coils 3a possible only the channels 12, at least one insulating layer in the form of a hollow tube 20 made of temperature-resistant material is provided against the axis A. The hollow interior of this tube can be filled with heat-resistant insulating material 21, in particular ceramic, so as to reduce the energy-absorbing volume and thus to save energy when heating the liquid in the channels 12. But it is also possible to use the air inside the hollow tube 20 for the insulation.

[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. While so the transfer of larger amounts of heat is prevented in the interior of the water heater 1, which accelerates the heating of the liquid in the channels 12 (actually it is only a single helical channel 12, although a multi-speed screw would also be possible) is Alternatively or additionally, it is also possible to apply an insulating layer 22, indicated in FIG. 2, to the outside of the instantaneous water heater 1. Moreover, it may be advantageous, on the outside, in particular over the axial extent of the heating coils 3a, a good heat-conducting or heat-storing layer 23, e.g. made of aluminum or copper, which expediently extends in the axial direction only over the length of the body formed by the layers 10, 13 of the water heater 1.

[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. It has been found that the attachment of a connected to the control stage 5 and controlled by her vibrator 24 on the outside of the water heater 1 is advantageous for various applications. On the one hand, its operation favors the heating, on the other hand it can be used after switching off the heater and / or shortly before commissioning for cleaning or decalcifying the channels 12. Optionally, the respective operating mode and / or the vibration frequency or intensity can be adjusted by the input unit 8. Especially if the layers 22 and 23 are missing, it may be advantageous for some purposes if the axial position of the vibrator 24 is adjustable. Alternatively, the axial position of the vibrator 24 may be adjusted prior to attaching at least one of the layers 22, 23 externally. The displacement takes place via a support ring 25 which can be fixed with a clamping screw 26. However, an improved heat transfer can be achieved by pouring at least one of the layers 22, 23 and / or (in particular) the support ring 25.

[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. Thus, since the conditions for rapid - and thus energy-saving - heating by the radial direction with respect to the axis A successive layers, but also by the subsequent in the axial direction and there the departure of heat preventing covers 17 are optimized and thus a faster Temperature change can be brought about the input unit 8 different programs, such as a therapy program with a change of water temperature in the manner of a Kneipp cure, a rinse program (after completion of heating) or programming for the pump control 9 in such a way that Fluid pressure is lowered at the beginning of heating (facilitates rapid heating). For all these programs, the program memory 7 is provided.

[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. According to Fig. 4, a radiator 13a is provided, which is basically constructed similar, as previously described with reference to the layers 13, 20 and 21 has been described. On the outer layer 10a are milled not on the outside, but from the inside (in principle, the production of the channels would also be possible by turning). The outer layer 10a thus produced is then warmly applied to the body 13a and adheres to it after cooling. Again, it is expedient if the outer layer 10a is subsequently welded firmly to the (axial) ends, in particular by laser welding.

Claims

A water heater having a body formed of at least two layers (10, 13, 20, 21) extending around an axis (A), of which a) an outer layer (10) approximately helically around the axis (A) coiled, in a wall (14) of the layer (10) incorporated channels (12) having at one end an inlet (18) for a liquid to be heated and at the other end has a run (19) for this, b) to which outer layer (10) an inner coiled in the same direction heating coils (3a) inner layer (13) connects, and c) then at least one insulating layer (20, 21, 22) is provided following the outer (10) and / or the inner layer (13).

Second flow heater according to claim 1, characterized in that the heating coils (3a) are arranged closer to the channels (12) than the axis (A), preferably in a quarter to one fifth of the distance from the axis (A).

3. flow heater according to claim 1 or 2, characterized in that on the body at least one vibrator (24) is mounted.

4. Water heater according to one of the preceding claims, characterized in that the heating coils (3a) are embedded in a heat-conducting material (13).

5. Flow heater according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (12) having outer layer (10) as on the inner layer (13) warm-wound and welded, in particular laser welded, jacket tube, preferably with on the outside of the tube elaborated channels (12) is formed.

6. flow heater according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet (18) and / or the outlet (19) are mounted transversely to the axis (A) of the body.

7. flow heater according to one of the preceding claims, characterized in that the body has at least one of its end faces a cover (17).

8. Water heater according to one of the preceding claims, characterized in that at least one temperature sensor (4) is provided, the output signal of a control stage (5) for the heating coils (3a) emitted energy can be supplied.

9. instantaneous water heater according to claim 8, characterized in that the control stage (5) has a program memory (7) through which a sequence of program steps, such as time of vibration, flushing of the channels after a heating period, is controllable.

10. Flow heater according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the channels (12) has a different from a round or circular cross-sectional shape, and that this shape is preferably rectangular or trapezoidal.