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[Technisches Gebiet]
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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Heizrohranordnung zur Erwärmung von
Flüssigkeiten
(z. B. Wasser), welche als Heizelement einen Heizkörper, der
sich über
die gesamte oder wesentliche Länge
der Anordnung erstreckt und dessen beide Enden jeweils aus einem
Ende der Anordnung herausgeführt
sind und die beiden Elektroden zur Verbindung mit einer Stromquelle
bilden und der einen Widerstandwendel umfaßt, die sich über den
Großteil
der Länge
des Inneren der Anordnung erstreckt, und als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden
Flüssigkeit
ein Innenrohr aufweist, in dem der Heizkörper gehalten ist, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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[Stand der Technik]
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Zur
elektrischen Erwärmung
einer Flüssigkeit
wird eine elektrische Heizrohranordnung eingesetzt. 10 illustriert
eine typische bekannte Heizrohranordnung mit einem U-förmigen Heizrohr 3,
welche als Heizelement einen Heizkörper 32 aus einem Widerstanddraht,
das sich über
die gesamte oder wesentliche Länge
der Anordnung erstreckt und dessen beide Enden jeweils aus einem
Ende der Anordnung 3 herausgeführt sind und die beiden Elektroden 33 zur
Verbindung mit einer Stromquelle bilden und das einen Widerstandkörper (z.
B. eine Widerstandwicklung) umfaßt, der sich über den
Großteil
der Länge des
Inneren der Anordnung erstreckt, und als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden
Flüssigkeit
einen Rohrkörper 31 aus
Metall aufweist, in dem der Heizkörper gehalten ist. Der Zwischenraum
zwischen dem Rohrkörper 31 und
dem Heizkörper 32 ist
mit einer gut wärmeleitenden
aber elektrisch isolierenden Isoliermasse 34 ausgefüllt. Die
Anordnung 3 ist an ihren beiden Enden jeweils durch einen
isolierenden Verschluß 35 geschlossen,
aus dem jeweils eine der Elektroden 33 herausragt.
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Nachteilig
ist bei der bekannten Heizrohranordnung, daß infolge der elektrischer
Leitfähigkeit des
mit Wasser in Berührung
stehenden Rohrkörpers 31 eine
Polarisation und damit eine Korrosion/Oxydation desselben auf seiner
Oberfläche
entstehen kann. Zudem neigen Verunreinigungen insbesondere in einem
kalkhaltigen Wasser sich auf der Oberfläche des Rohrkörpers 31 niederzuschlagen
(der sogenannte "Kalkstein"), was zum schlechten
Wärmeübergang
zwischen dem Rohrkörper 31 und
dem zu erwärmenden
Wasser führt.
Darüber
hinaus wird das zu erwärmende
Wasser im Wesentlichen quer zum Heizrohr 3 vorbeigeführt. Deshalb
durchfließt
das Wasser die Heizrohranordnung nicht über ihre gesamte Länge. Mit
anderen Worten weist das Wasser im wirksamen Heizbereich der Heizrohranordnung nur
eine geringe Verweilzeit für
seine Aufwärmung auf.
Dies hat eine schlechte Wirksamkeit der Heizung zur Folge.
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JP 9-135 776 A beschreibt
einen Warmwasserbereiter ausgestattet mit einem Wasserleitungsrohr,
an das ein Zuführwasserrohr
und ein Heißwasser
Aufnahmerohr angeschlossen sind und eine Heizquelle, die in dem
Wasserleitungsrohr angeordnet ist. Die Heizquelle besteht aus einem
Filament zur Wärmeentwicklung
durch Elektrisierung und einer Lampe als Heizelement ausgestattet
mit einem Kristall-Quarz Rohr, das das Filament umschließt und in
dem das benötigte
Gas eingeschlossen ist.
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DE 42 01 944 A1 beschreibt
eine Flüssigkeitsheizeinrichtung,
die einen Strömungspfad
besitzt, der durch eine Quarzglasröhre innerhalb einer rohrförmigen keramischen
Heizeinrichtung die Infrarotstrahlen aussendet und PTC-Eigenschaften
besitzt, umgeben ist, sowie einen Strömungspfad, der zwischen zwei
Quarzglasröhren
ausgebildet ist, die koaxial außerhalb
der rohrförmigen
keramischen Heizeinrichtung angeordnet sind. Die Flüssigkeitsheizeinrichtung
kann wirksam gereinigtes Wasser auf heizen, dass bei der Herstellung
von elektronikbezogenen Produkten eingesetzt wird, ohne dass gereinigte
Wasser zu kontaminieren, und besitzt kompakte Größe bei hoher Heizleistung.
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JP 10-122 656 A beschreibt
ein Heizgerät
für Flüssigkeiten
mit einem Rohr Gehäuse
aus Quarzglas mit einer Rohröffnung
nahe der Endwand, dass in ein Zylindergehäuse aus Quarzglas eingefügt ist, das
einen Einflussöffnung
und Ausflussöffnung
für Flüssigkeiten
bereitstellt. Durch den Aufbau kann eine Halogenlampe in eine bestimmte
Position in das Rohrgehäuse
eingebracht werden.
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DE 14 04 220 A beschreibt
einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit unisoliert im Wasser liegenden,
etwa dem Querschnitt des bzw. der Wasserkanäle einnehmenden gewendelten
Heizleiter, wobei die Wasserkanäle
in einem aus isolierendem Werkstoff hergestellten, aus zwei flachen
Teilen bestehenden Gehäuse
angeordnet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizrohranordnung zu
schaffen, bei der Korrosion und Niederschlag vermieden werden und
die eine verbesserte Wirksamkeit besitzt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Heizrohranordnung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Zum
Vermeiden der Probleme der Korrosion und des Niederschlags ist der
mit Wasser in direktem Kontakt stehende Rohrkörper aus einem sehr korrosionsfesten
Werkstoff, nämlich
Quarz hergestellt. Da Quarz elektrisch nichtleitfähig ist,
hat das Heizrohr eine geringere Affinität als ein Metall zum ladungstragenden
Kabonat- oder Kalziumion und damit zum daraus entstehenden Niederschlag.
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Dabei
ist zur Erhöhung
der Wirksamkeit der Erwärmung
das Heizrohr außen
mit einem weiteren Rohr (Außenrohr)
versehen, wobei das zu erwärmende
Wasser im Zwischenraum zwischen den beiden Rohren über die
gesamte Länge
des Heizrohrs (hier des Innenrohrs) zwangsgeführt wird. Zu diesem Zweck weist
das Außenrohr
auf einem tiefen Niveau eine Eintrittsöffnung zum Einleiten des zu
erwärmenden
Wassers und auf einem hohen Niveau eine Austrittsöffnung zum
Ableiten desselben auf. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Wasser
im Zwischenraum in wesentlichen parallel zum Heizkörper über die
gesamte Länge
seiner Widerstandwendel strömt
und damit die maximale Erwärmung
erhält.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Es
zeigen:
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[Zeichnung]
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1 eine
geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
die nicht unter den Schutzbereich des Anspruchs 1 fällt und
lediglich der Erläuterung
der Erfindung dient,
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2 eine
geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
die nicht unter den Schutzbereich des Anspruchs 1 fällt und
lediglich der Erläuterung
der Erfindung dient,
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3 eine
geschnittene Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
die nicht unter den Schutzbereich des Anspruchs 1 fällt und
lediglich der Erläuterung
der Erfindung dient,
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4 eine
geschnittene Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
die nicht unter den Schutzbereich des Anspruchs 1 fällt und
lediglich der Erläuterung
der Erfindung dient,
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5 eine
geschnittene Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
die nicht unter den Schutzbereich des Anspruchs 1 fällt und
lediglich der Erläuterung
der Erfindung dient,
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6 eine
geschnittene Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
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7 eine
schematische Darstellung der Funktionsweise in einer geschnitten
Seitenansicht der sechsten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung
in 6,
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8 eine
geschnittene Seitenansicht einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
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9 eine
schematische Darstellung der Funktionsweise in einer geschnitten
Seitenansicht der siebten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
und
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10 eine
geschnittene Seitenansicht einer Heizrohranordnung nach dem Stand
der Technik.
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[Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsformen]
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1 illustriert
eine Heizrohranordnung 1 zur Erwärmung von Flüssigkeiten
(z. B. Wasser), deren Heizrohr 11 als Heizelement einen Heizkörper 111 aus
einem Widerstanddraht aufweist, das sich über die gesamte Länge der
Anordnung 1 erstreckt und dessen beide Enden jeweils aus
einem Ende der Anordnung 1 herausgeführt sind und die beiden Elektroden
oder Anschlüsse 114 zur
Verbindung mit einer nicht gezeigten Stromquelle bilden. Zudem umfaßt der Heizkörper 111 eine
Widerstandwendel 112, die sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung 1 erstreckt.
Zudem weist die Anordnung 1 als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden
Flüssigkeit
einen Rohrkörper
in Form eines beiderseits dicht geschlossenen Innenrohres 113 auf,
in dem der Heizkörper 111 gehalten
ist.
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Die
erste Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß das Innenrohr 113 aus
einem korrosionsfesten Quarz besteht. Da Quarz lichtdurchlässig ist,
lassen sich die durch den Heizkörper 111 erzeugte
Wärme und
ggf. auch die Lichtenergie strahlend durch die wärme- und lichttransparente
Wand des Innenrohres 113 hindurch auf das außen über das Heizrohr 11 vorbeigeführte Wasser übertragen.
Dabei entfällt
eine wärmeleitende
und elektrisch isolierende Ausfüllung
des Zwischenraums.
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Die
zweite Besonderheit der Erfindung besteht in einem außerhalb
des Innenrohres 113 koaxial dazu angeordneten Außenrohr 123,
das ebenfalls aus einem Quarz besteht und an seinen beiden Enden
durch die gleichen Verschlüsse 124 des
Innenrohres 113 geschlossen ist. Die Verschlüsse 124 sind aus
einem elektrisch isolierenden, temperaturbeständigen Werkstoff wie Keramik
hergestellt. Für
den Ein- bzw. Austritt des Wassers weist das Außenrohr 123 auf einem
tiefen Niveau eine Eintritts- 121 und auf einem hohen Niveau
eine Austrittsöffnung 122 auf,
wobei das zu erwärmende
Wasser über
die Eintrittsöffnung 121 in
den Zwischenraum A zwischen den beiden Rohren 113, 123 einfließt, über die
wesentliche Länge
des Heizrohres 11 vorbeigeführt ist und dann über die
Austrittsöffnung 122 aus
der Anordnung 1 herausfließt.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform, mit
dem Unterschied, daß der
Heizkörper 11 U-förmig ausgebildet
ist. Deshalb liegen die beiden Elektroden 114 in einem
gemeinsamen (hier dem unteren) Verschluß 124. Ansonsten bleiben
die übrigen
Bauteile unverändert.
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Die
dritte Ausführungsform
in 3 unterscheidet sich von der ersten nur darin,
daß zwei
geradlinige Heizkörper 111 in
einem einzigen Heizrohr 11 angeordnet sind.
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Natürlich kann
für ein
Heizrohr 11 nicht der Heizkörper 111, sondern
die Ein-/Austrittsöffnung 121, 122 zweifach
ausgebildet sein. So weist in der vierten Ausführungsform in 4 die
Anordnung 1 an ihrem Außenrohr 123 im tiefen
und hohen Niveau jeweils zwei Ein- bzw. Austrittsöffnungen 121, 122 auf.
Sonst ist die Anordnung 1 ähnlich wie die zweite Ausführungsform
in 2 ausgebildet, d. h. mit einem U-förmigen Heizkörper 111.
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5 veranschaulicht
eine gegenüber
der vierten Ausführungsform
in 4 geringfügig
abgewandelte Variante, mit dem Unterschied, daß insgesamt vier Ein- 121 und
vier Austrittsöffnungen 122 vorgesehen
sind, wobei jeweils ein oberes Paar und eine unteres Paar von gegenübereinander
liegenden Ein- bzw. Austrittsöffnungen
in unterschiedlichem tiefen oder hohen Niveau übereinander angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist außerhalb
des Außenrohrs 123 zusätzlich ein
Gehäuse 13 zwischen
den beiden Verschlüssen 124 angeordnet.
So ist in den letzten zwei Ausführungsformen
in 6 bis 9 die Anordnung 1 dreiwandig
oder -rohrig mit einem Innenrohr 113, einem Außenrohr 12 (hier
vielmehr als "Zwischenrohr" benannt) und einem
Gehäuse 13 ausbildet,
wobei sich ein zweiter (äußerer) Zwischenraum
zwischen dem Außenrohr 12 und
dem Gehäuse 13 bildet.
Natürlich
muß das
Gehäuse 13 wie
das Außenrohr 12 mindestens
eine Ein- 131 und mindestens eine Austrittsöffnung 132 für die Zu-
und Ableitung des Wassers aufweisen. Im Gegensatz zum Fall des Außenrohrs 12 liegt
hier die Eintrittsöffnung 131 auf
einem hohen Niveau und die Austrittsöffnung 132 auf einem
tiefen Niveau, um den Flußweg
des Wassers im Zwischenraum B maximal zu verlängern.
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Die
Unterschiede zwischen den beiden letzten Ausführungsformen liegen nur in
der Form der Heizkörper 111 (geradlinig
gegenüber
U-förmig) und der
Anzahl/Anordnung der Ein-/Austrittsöffnungspaare (drei gegenüber zwei übereinander
angeordneten Paaren).
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7 und 9 illustrieren
schematisch die Wirkungsweise der Heizrohranordnung. Durch die strahlende
und herangeleitete Wärmeenergie
aus dem Heizkörper 111 wird
das Wasser im ersten (inneren) Zwischenraum A auf eine hohe Temperatur
oder sogar siedend aufgewärmt.
Das heiße/oder
siedende Wasser und/oder der Wasserdampf werden dann über die
Austrittsöffnungen 122 in
den äußeren Zwischenraum
B und schließlich über die
Austrittsöffnung 132 aus
dem Gehäuse 13 herausgeleitet.
Die Erwärmung
ist durch Blasen angedeutet. Vor seinem Eintritt in den Zwischenraum
A erhält
das Wasser eine Vorwärmung
im Zwischenraum B. Dabei erfolgt die Vorwärmung im Zwischenraum B sowohl
durch den Kontakt mit der Außenwand
des Außenrohrs 123 als
auch durch die übermässige Strahlung
aus dem Heizkörper,
die durch die transparente Wand des Innen- 113 und des
Außenrohrs 123 hindurchtritt
und bis in den zweiten Zwischenraum B reicht. Deshalb kann die Temperatur
schnell auf die gewünschte Temperatur
erhöht
werden.