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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Durchfluss-Heizeinrichtung sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Durchfluss-Heizeinrichtung.
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Durchfluss-Heizeinrichtungen
sind in vielfältiger Form bereits bekannt. Üblicherweise
wird ein Durchflusskanal, meistens ein Rohr, an seiner Außenseite
mit einem Heizelement versehen, entweder aufgewickelt oder fest
aufgebracht, beispielsweise als Dickschicht-Heizelement aufgedruckt.
Hindurch fließendes Wasser oder andere flüssige
Medien werden dabei aufgeheizt.
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Eine
entsprechende Durchfluss-Heizeinrichtung ist beispielsweise aus
der
EP 485 211 A1 bekannt,
welche im Wesentlichen kastenartige Form aufweist und durch Vorsprünge
im Inneren einen mäanderförmig verlaufenden Durchflusskanal
hat. Zumindest an der Oberseite sind Dickschicht-Heizelemente aufgebracht,
deren Verlauf dem Durchflusskanal folgt bzw. entspricht.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Durchfluss-Heizeinrichtung sowie
ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, mit denen Probleme
des Standes der Technik beseitigt werden können und insbesondere
eine verkalkungsarme, geräuscharme, energieeffiziente,
druckfeste und Bauraum sparende Durchfluss-Heizeinrichtung für
die Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere
Wasser, bis nahe an einen Kochpunkt bereit gestellt werden kann.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Durchfluss-Heizeinrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur ihrer Herstellung mit
den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und
werden im Folgenden näher erläutert. Manche der
nachfolgend aufgezählten Merkmale werden nur für
die Durchfluss-Heizeinrichtung oder nur für das Herstellungsverfahren
erläutert. Sie sollen jedoch unabhängig davon
sowohl für die Heizeinrichtung als auch für das
Verfahren gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht.
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Es
ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung einen Durchflusskanal für
das aufzuheizende Medium, also insbesondere das Wasser, sowie mindestens
ein Heizelement aufweist. Das Heizelement weist eine große
Grenzfläche mit dem Durchflusskanal auf und ist vorzugsweise
an dessen Außenwandung aufgebracht. Der Durchflusskanal
ist am Anfang und am Ende offen und dazwischen geschlossen, insbesondere
rohrartig ausgebildet. Erfindungsgemäß weist der
Durchflusskanal eine Querschnittsfläche auf, die über
seine Länge geringer wird, also vom Anfang zum Ende hin,
wobei der Durchflusskanal dabei einen im Wesentlichen gleich bleibenden Umfang
aufweist.
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Somit
kann mit der Erfindung erreicht werden, dass der Strömungsquerschnitt
in Strömungsrichtung, also entlang der Längserstreckung
des Durchflusskanals, kontinuierlich abnimmt und dabei aber seinen
Mantelumfang beibehält. So steigt zum einen die Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums bzw. des Wassers an und eine Wärmeübertragung zwischen
Wandung des Durchflusskanals und darin strömendem Medium
wird besser durch die Abnahme des Strömungsquerschnitts.
Es wird auch der radiale Temperaturgradient innerhalb des strömenden Mediums
verringert für ein besseres Aufheizen des Mediums. Weitere
vorteilhafte Möglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteilhaft
ist vorgesehen, dass der Durchflusskanal bzw. sein Querschnitt in
Längserstreckung, also vom Anfang bis zum Ende des Durchflusskanals,
immer flacher wird. Dies kann vorteilhaft so sein, dass sich die
Querschnittsfläche entlang des Durchflusskanals von einer
maximalen Querschnittsfläche auf eine minimale Querschnittsfläche
verringert. Dabei kann die minimale Querschnittsfläche etwa
20% der maximalen Querschnittsfläche betragen, insbesondere
mindestens 40%. Dies ist zwar keine Änderung der Querschnittsfläche
in Größenordnungen, aber doch deutlich. Schließlich
soll ja immer noch eine ausreichende Menge an Medium ohne allzu
großen Strömungswiderstand durch den Durchflusskanal
gelangen können. Gleichzeitig wird eine derartige Verringerung
der Querschnittsfläche als ausreichend angesehen, um doch
eine deutliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
zu erreichen. Im Zusammenhang dieser Anmeldung muss dabei der Begriff „flach” nicht
zwingend gleichbedeutend sein mit „eben”, kann
es aber sein.
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Eine
Höhe des Durchflusskanals kann sich, insbesondere entsprechend
der Breite, in ähnlichem Maß ändern.
So kann eine minimale Kanalhöhe mindestens 20% der maximalen
Kanalhöhe betragen, vorteilhaft mindestens 40%. Eine Kanalbreite ändert sich
natürlich erheblich weniger stark, aber auch deutlich.
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Gemäß einer
ersten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist
es möglich, dass eine Veränderung der Querschnittsfläche
bzw. der Höhe des Durchflusskanals, was ja sozusagen Hand
in Hand erfolgt, in etwa gleichmäßig erfolgt.
Vorteilhaft kann es sich dabei um eine streng monotone Veränderung handeln,
die beispielsweise durch einen kontinuierlichen Druck- bzw. Walzprozess
erreicht werden kann. So kann beispielsweise ein Rohr, aus dem der
Durchflusskanal im Wesentlichen gebildet wird, zunehmend flacher
gewalzt werden durch kontinuierliche Veränderung bzw. Verengung
des Spalts zwischen den Walzen.
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In
einer anderen grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung
ist es möglich, dass sich die Querschnittsfläche
bzw. die Höhe des Durchflusskanals stufenartig bzw. in
Sprüngen ändert. Entweder können dies
direkt aneinander angesetzte Sprünge sein, was sich beispielsweise
anbietet, wenn der Durchflusskanal aus mehreren miteinander verbundenen, vorher
separat hergestellten Abschnitten besteht. Ebenso ist es möglich,
den Durchflusskanal aus zwei Halbschalen zu fertigen, die dann miteinander
verbunden werden, beispielsweise durch Laserschweißen.
Dadurch können vor allem sehr leicht die nachfolgend noch
behandelten Mäanderformen hergestellt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung können einzelne Abschnitte mit jeweils
gleicher Querschnittsfläche durch Übergangsabschnitte
verbunden sein, die die Querschnittsflächen ineinander überführen.
Bei einem vorbeschriebenen Flachwalzen eines Rohrs für den
Durchflusskanal kann dabei in Schritten ein Spalt zwischen den Walzen
enger gestellt werden. Der während dieses Engerstellens
durch die Walzen hindurch laufende Rohrabschnitt bildet dann einen
solchen Übergangsabschnitt. In einem solchen Fall ist vorteilhaft
vorgesehen, dass Heizelemente nur in Abschnitten mit gleich bleibender
Querschnittsfläche bzw. gleich bleibender Höhe
vorgesehen sind. Insbesondere sind sie also nicht in den vorgenannten Übergangsabschnitten
vorgesehen. Hier wäre wegen der un ebenen Oberfläche
das Aufbringen von Heizelementen nur sehr schwer möglich.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
Heizelemente nicht kontinuierlich über die gesamte Länge
des Durchflussquerschnitts verlaufen, sondern nur in bestimmten Längsbereichen
des Durchflusskanals vorgesehen sind, die voneinander abgesetzt
sind bzw. einen Abstand zueinander aufweisen. Dabei können
derartige Heizelemente durchaus in Reihe geschaltet sein. Durch
den Abstand zueinander ist es jedoch einfach möglich, sie
mit jeweils unterschiedlicher Breite und somit Leistung auszubilden.
Durch eine jeweils gleichbleibende Breite eines Heizelements ist
die Leistungserzeugung auf seine Fläche bzw. auf seine Länge
bezogen konstant.
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Es
ist vorteilhaft vorgesehen, dass eine Kanalwand zumindest bereichsweise
an ihrer Außenseite abgeflacht bzw. eben ausgebildet ist,
selbst wenn der Durchflusskanal aus einem Rundrohr hergestellt worden
ist. Besonders vorteilhaft gilt dies für gegenüberliegende
Seiten. In den abgeflachten Bereichen sind dann die Heizelemente
aufgebracht, möglicherweise sogar an gegenüberliegenden
Seiten.
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Heizelemente
können grundsätzlich auf vielfache Art und Weise
aufgebracht werden. Vorteilhaft werden sie in Dickschichttechnik
aufgebracht, was ein erprobtes und zuverlässiges Verfahren
ist.
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Eine
Dicke eines Heizelements kann pro Abschnitt unverändert
bleiben. Vorteilhaft weisen alle Heizelemente die gleiche Dicke
auf, so dass sie nur bezüglich Breite und/oder Länge
variieren, um ihre Flächenleistung bzw. Heizleistung einzustellen.
Es ist jedoch auch möglich, die Dicke eines Heizelements bzw.
von dessen Leiterbahn zu variieren und damit die Flächenleistung
bzw. Heizleistung einzustellen, insbesondere im Längsverlauf
zu variieren.
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Zur
Herstellung einer erfindungsgemäßen Durchfluss-Heizeinrichtung
kann also ein Rohr, insbesondere ein Rundrohr, an zwei gegenüberliegenden
Seiten abgeflacht werden und dabei immer flacher werden. Dies kann
beispielsweise durch ein eingangs beschriebenes und an sich bekanntes
Walzen erfolgen, alternativ durch ein Verpressen.
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Anschließend
kann ein Rohr von einer geraden Erstreckung abweichend gebogen werden,
beispielsweise in Schlaufen bzw. in sogenannter Mäanderform.
Eine solche gebogene Heizeinrichtung kann in einer Ebene verlaufen,
vorteilhaft mit einem Einlass und Auslass an beabstandeten Enden.
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In
nochmaliger weiterer Ausgestaltung kann eine Durchfluss-Heizeinrichtung
so ausgebildet sein, dass sie sozusagen im Raum verbogen ist. Hier
ist es möglich, dass sie eine Art Zylinderform bildet durch ihren
Verlauf, wobei der Verlauf ebenfalls Schlaufen aufweist bzw. Mäanderform
und gleichzeitig diese Mäanderform einen Zylinder, insbesondere
einen Rundzylinder, bildet. Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein,
dass die vorbeschriebenen abgeflachten Seiten des Durchflusskanals
zumindest an einer der Seiten, also Innenseite oder Außenseite,
vorgesehen sind, insbesondere in etwa der Mantelfläche
folgend. Dabei ist es beispielsweise möglich, zuerst ein
Rohr durch Abflachen in seinem Längsverlauf und Biegen in
Mäanderform sowie dann Biegen in eine Zylinderform zu verformen.
Dann werden, beispielsweise auf die Außenseite, also die
Mantelfläche, die Heizelemente aufgebracht, insbesondere
in der vorstehend beschriebenen Aufdruckung als Dickschicht-Heizelement.
Derartige Durchfluss-Heizeinrichtungen weisen eine sehr geringe
Baugröße auf bei hoher Heizleistung.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch eine Ausbildung
des Durchflusskanals in gebogener Form, also beispielsweise Schleifenform oder
Mäanderform, vor allem aber in Spiralform bzw. Schraubenform,
bei Temperaturwechseln, insbesondere bei Einschalten der Heiz elemente,
eine gewisse Längenausdehnung und somit Verformung erfolgt. Dies
kann dazu dienen, dass im Inneren des Durchflusskanals angelagerter
Kalk oder sonstige Verschmutzungen abgelöst bzw. abgesprengt
werden und dann herausgespült werden können.
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Die
Oberflächentemperatur an der wärmetauschenden
wasserseitigen Rohroberfläche nimmt im Längsverlauf
der Heizeinrichtung ähnlich wie die Temperatur des Mediums
zu. Das Verhältnis von beheizter Rohrfläche zu
Querschnittsfläche des Mediums nimmt zu, vorteilhaft kontinuierlich.
Dadurch sinkt der Temperaturgradient innerhalb der Mediumquerschnittsfläche
kontinuierlich.
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Im
Falle einer Dickschichtbeheizung kann die längenspezifische
Heizleistung des Heizelements (W/cm) konstruktiv gestaltet bzw.
verändert werden. Vorteilhaft ist sie konstant. Die Flächenleistung
der Heizleiterbahn (W/cm2) und gleichermaßen
der wärmetauschenden wasserseitigen Rohroberfläche kann
im Verlauf des Heizelementes sinken. Ferner verringert sich die
Temperaturdifferenz im Grenzflächenbereich zwischen Medium
und wasserseitiger Rohroberfläche. Dadurch wird die Neigung
zur Dampfblasenbildung reduziert.
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Im
Falle einer vollflächigen Dünnschicht- oder Dickschicht-Beheizung
ist die längenspezifische Heizelementleistung (W/cm) vorteilhaft
konstant bzw. kann sogar über die Leitungslänge
sinken. Die Flächenleistung (W/cm2)
der Heizelemente und somit auch der wärmetauschenden Fläche
bleibt über die Länge der Heizeinrichtung konstant.
In der Heißwasserzone findet aufgrund der angestiegenen
Strömungsgeschwindigkeit und des verringerten Strömungsquerschnitts
eine behutsame Wärmeübertragung zum Medium bzw.
Wasser statt. Eine Dampfblasenbildung und die daraus entstehende
Geräuschbildung ist gering. Dadurch wird auch die Bildung
von Ablagerungen in diesem potentiell besonders gefährdeten
Bereich minimiert. Im Falle einer Bildung von Ablagerungen werden
diese durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit in dieser
Zone weitgehend abgetragen.
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Bedingt
durch die gute Wärmeübertragung zwischen Heizelement,
Rohr und Wasser speziell in der Heißwasserzone in Verbindung
mit der reduzierten Flächenleistung der Heizleiterbahn
ist die Oberflächentemperatur der Heizelemente relativ
gering. Dadurch ist sowohl die Abstrahlung von Wärmeenergie
als auch die Abgabe von Wärmeenergie per Konvektion gering.
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Die
Verwendung eines abgeflachten Rohres mit kontinuierlich verringerter
Querschnittsfläche bewirkt im Zulauf einen minimierten
Strömungswiderstand, der erst mit dem Erfordernis der Querschnittsverengung
langsam kontinuierlich zunimmt. Strömungsungünstige
geräuschbildende Verwirbelungen werden vermieden. Damit
wird ein hydraulisch energieeffizienter Strömungsverlauf
ermöglicht.
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Die
Wahl der Geometrie als abgeflachtes Rohr mit geringem Durchmesser
aus einem Stück und einem einzigen Material ermöglicht
eine minimierte Materialeinsatzmenge und Einsatzmasse. Folglich
ist die zu erwärmende Heizelementmasse gering. Die Aufheizzeit
ist dementsprechend kurz, das heiße Wasser wird binnen
kürzester Zeit bereitgestellt. Wasserverluste werden durch
die steile Temperaturanstiegskurve minimiert. Gerade bei häufigem
Abnehmen kleiner Heißwassermengen je Vorgang kommt dieser
Vorteil besonders zum Tragen.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren
in Form von Unterkombination bei einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich schutzfähige Ausführungen
darstellen können, für die hier Schutz beansprucht
wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie
Zwischen- Überschriften beschränken die unter diesen
gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
Schrägansicht auf eine erste Ausführung einer
erfindungsgemäßen Durchfluss-Heizeinrichtung mit
flacher werdendem Durchflusskanal und Querschnitten an drei Stellen,
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2 eine
zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen
Durchfluss-Heizeinrichtung mit noch mehr Windungen und aufgesetzten
Temperatursensoren,
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3 eine
weitere alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen
Durchfluss-Heizeinrichtung mit anderem Aufbau,
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4 eine
vierte Ausführung einer erfindungsgemäßen
Durchfluss-Heizeinrichtung mit wiederum anderem Aufbau und
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5 einen
Schnitt durch die Durchfluss-Heizeinrichtung gemäß 4.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Durchfluss-Heizeinrichtung 11 dargestellt.
Sie besteht aus einem länglichen Rohr 12, das
an zwei Schleifen 18 gebogen ist und einen Einlass 13 sowie
einen Auslass 15 aufweist. Hier fließt gemäß dem
Pfeil Wasser hindurch zum Erhitzen in dem Durchflusskanal 17, der
sich zwischen Einlass 13 und Auslass 15 erstreckt.
Aus den Querschnitten oben in 1 gem. Schnitt
A-A ist zu sehen, dass am Einlass 13, ebenso wie vorteilhaft
am Auslass 15, ein Querschnitt kreisrund ist. Insbesondere
ist der Durchflusskanal 17 aus einem solchermaßen
kreisrunden Rohr 12 gebildet durch das vorstehend beschriebene
Flachwalzen.
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Kurz
hinter dem Einlass 13 wird der Durchflussquerschnitt flacher,
siehe den Schnitt B-B. Hier beträgt die Höhe nur
noch etwa die Hälfte der Breite. Anschließend
wird der Querschnitt immer flacher, wie am Schnitt C-C zu erkennen
ist, wo die Höhe nur noch etwa ein Fünftel der
Breite beträgt. An diesen letzten, sehr flachen Abschnitt
schließt sich dann wieder der runde Auslass 15 an.
Einlass 13 und Auslass 15 können dabei
entweder dadurch bei einem einstückigen Rohr 12 hergestellt
werden, dass sie eben nicht flach gewalzt oder flach gedrückt
werden. Alternativ können sie als separate Teile angeschweißt oder
sonst wie verbunden werden. Dazu können Übergangsbereiche 14 am
Einlass 13 und 16 am Auslass 15 dienen.
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Aus
den Querschnitten ist zu erkennen, dass vom Bereich mit dem Schnitt
B-B bis zum Bereich mit dem Schnitt C-C dieser Querschnitt nicht
nur immer flacher wird, sondern auch an der Oberseite und Unterseite
eben ist bzw. plan. Insofern können an drei geraden Heizabschnitten
19a,
19b,
und
19c zumindest auf einer Seite, vorteilhaft an beiden
Seiten, also gegenüberliegend, Heizelemente
20a,
20b und
20c vorgesehen
werden. Sie bedecken in etwa die Breite der planen Oberseite der
Heizabschnitte
19 und deren gerade Länge bis zu
den Biegungen. Die Heizelemente
20 können mit üblichen
Dickschichtverfahren auf das üblicherweise aus Metall bestehende Rohr
12 des
Durchflusskanals
17 aufgebracht werden. Dazu wird beispielsweise
auf die
EP 933626 A1 , die
EP 1152639 A1 oder
die
DE 102007058833
A1 explizit verwiesen. Die Temperatursensoren sind auf allgemein
bekannte Art und Weise ausgebildet, vorteilhaft ebenfalls aufgedruckt.
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Die
drei Heizelemente 20a, 20b und 20c sind in
Reihe geschaltet mit elektrischen Anschlüssen 22, welche,
da sie dem Fachmann bekannt sind, nicht näher erläutert
werden müssen. Zur Reihenschaltung sind entlang der Schleifen 18,
in denen die Heizelemente eben nicht verlaufen, Verbindungsleiter 24 vorgesehen.
Diese überlappen die Heizelementen 20a bis c entsprechend
zur elektrischen Kontaktierung, wobei es keine Rolle spielt, welche
Schicht auf welche überlappt. Vorteilhaft überlappen
die Verbindungsleiter 24 auf die Heizelemente 20,
so dass diese direkt auf der Außenseite der Heizabschnitte 19a bis
c aufliegen können zur besseren Wärmeeinleitung.
Bezüglich der Aufbringungsverfahren für die Heizelemente
wird ebenfalls auf den vorstehend genannten Stand der Technik verwiesen.
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Alternativ
zu einer konstruktiv vorgegebenen Reihenschaltung können
grundsätzlich auch einige oder alle Heizelemente separat
angeschlossen sein und an eine Verschaltungseinrichtung geführt
sein. Diese kann sie in beliebiger Art verschalten, beispielsweise
in Mischschaltungen aus serieller und paralleler Verschaltung. Ebenso
können sie so auch mit jeweils unterschiedlicher Leistung
angesteuert werden, beispielsweise auch jedes für sich
leistungsgeregelt sein.
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In 2 ist
eine alternativ ausgebildete Durchfluss-Heizeinrichtung 111 dargestellt
mit einem Rohr 112, welches mit fünf Schleifen 118 gebogen
ist und somit sechs gerade Heizabschnitte 119a bis f aufweist
sowie ebenfalls einen Einlass 113, einen Auslass 115 und
entsprechende Übergangsbereiche 114 und 116.
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Auf
den geraden Heizabschnitten 119a bis f sind Heizelemente 120a bis 120f angebracht.
Entsprechend dem flacher und breiter werdenden Durchflusskanal 117 werden
die Heizelemente 120, ebenso wie auch in 1,
zum Auslass 115 hin immer breiter. Dadurch sinkt die Oberflächentemperatur
und das Verhältnis von beheizter Oberfläche zur Querschnittsfläche
des Mediums wird immer größer, so dass der Temperaturgradient
innerhalb der Querschnittsfläche sinkt. Vorteilhaft ist
eine längenspezifische Heizleistung der Heizelemente 120 gleich,
obwohl sie natürlich grundsätzlich auch unterschiedlich eingestellt
sein kann durch Veränderung der Breite der Heizelemente
oder der Dicke oder der Zusammensetzung. Dies bedeutet aber, dass
sämtliche Heizelemente 120a bis f dieselbe Leistung
erzeugen, nur eben entlang der Durchflussrichtung des zu erhitzenden
Wassers auf eine größere Fläche verteilen. In 2 ist
auch gut zu erkennen, wie entlang der Schleifen 118 die
Verbindungsleiter 124 aufgebracht sind, die alle Heizelemente 120 seriell
miteinander verschalten. Hier ist leicht vorstellbar, wie an den
Enden der Heizelemente Kontaktfelder mit aufgeschweißten
Anschlußleitungen vorgesehen sind, die an eine vorgenannte
Verschaltungseinrichtung geht mit einstellbarer Leistungsansteuerung
für jedes Heizelement 120 sowie deren beliebiger
Verschaltung.
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In 2 ist
auch zu erkennen, dass mehrere Temperatursensoren 126a bis
e an der Heizeinrichtung 111 vorgesehen sind. Diese können
zwar auch, wie vorteilhaft die Heizelemente 120 selbst,
auf beiden Seiten vorgesehen sein, es reicht jedoch auch an einer.
Mit den Temperatursensoren 126 kann an ihren jeweiligen
Anbringungsorten die Temperatur erfasst werden. So erfasst der Temperatursensor 126a wohl noch
die Anfangstemperatur des eingeleiteten, in der Regel kalten Wassers.
Am Temperatursensor 126b ist bereits eine leichte Erwärmung
durch das Heizelement 120a festzustellen. An den Temperatursensoren 126c und 126d kann
direkt an dem Heizelement 120f die Absoluttemperatur gemessen
werden. Übersteigt die Temperatur im sachgemäßen
Gebrauch einen bestimmten Grenzwert, so deutet dies auf eine Verkalkung
der wärmetauschenden Innenwandung des Rohrs hin. Daraufhin
können Gegenmaßnahmen automatisch ergriffen werden
oder dieser Zustand wird einer Bedienperson angezeigt.
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Ein Überschreiten
eines deutlich höheren Grenzwerts zeigt eine unzulässige Übertemperatur des
Heizelements 120f an. Am Temperatursensor 126e kann
die Temperatur des am Auslass 115 austretenden Wassers
erfasst werden. Mittels der Temperatursensoren 126 kann
also ne ben einer bekannten Temperaturmessung eine Leistungs- und
somit Temperaturregelung stattfinden.
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Eine
Abwandlung der Durchfluss-Heizeinrichtung 111 gemäß 2 kann
noch dadurch erfolgen, dass die Schleifen 118 einen etwas
größeren Bogenwinkel als 180° einnehmen,
beispielsweise 190° bzw. so viel, dass sie an den jeweils
benachbarten Schleifen anliegen. Einlass 113 und Auslass 115 rücken
damit ebenfalls näher zusammen, wobei sie weiterhin entweder
parallel verlaufen können oder aber auch einen Winkel einschließen
können. Durch die Mäanderform wird nicht nur eine
kompaktere Ausbildung erreicht, sondern gleichzeitig eine sehr gute
Verwirbelung bzw. Durchströmung des Wassers erreicht mit
optimaler Durchmischung, so dass am Auslass 115 konstant
erhitztes Wasser austritt.
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Eine
mögliche Leistungsdichte der Heizelemente 120 gemäß 2 kann
von 50 W/cm2 am Heizelement 120a bis
zu 40 W/cm2 beim Heizelement 120f gehen,
vorteilhaft mit Abstufungen in Schritten von 2 W/cm2.
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In
einer weiteren Durchfluss-Heizeinrichtung 211 gemäß 3 ist
wiederum zuerst ein im wesentlichen rundes Rohr 212 mit
Einlass 213 und Auslass 215 flachgedrückt
worden bis auf Einlass und Auslass mit zunehmend flacherem Querschnitt
bzw. geringerer Höhe und größerer Breite.
Anschließend ist es im wesentlichen schraubenförmig
aufgewickelt worden mit direkt aneinander anliegenden Windungen,
um insgesamt eine Art rundzylindrische Mantelfläche zu
bilden. Durch deren Erstreckung ist dann der Auslass 215 wieder
herausgeführt, so dass er parallel und benachbart zum Einlass 213 liegt.
Die Heizelemente 220a bis f sind zumindest auf der Außenseite,
also in diesem Fall nur einseitig, aufgebracht und bedecken vorteilhaft
einen großen Teil eines Windungsumgangs, also beispielsweise
um etwa 300°. Der Rest wird dann wiederum durch die Verbindungsleiter 224 überbrückt
entsprechend 2, hier nur eben in umlaufender
Anordnung.
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Alternativ
dazu kann auch sozusagen ein einziges Heizelement vorgesehen sein,
welches sich über die gesamte Länge des Rohrs 212 zwischen Einlass 213 und
Auslass 215 bzw., genauer gesagt, zwischen erstem Temperatursensor 226a und
letztem Temperatursensor 226e erstreckt. Ein Aufbringen
der Heizelemente 220, ähnlich wie von Verbindungsleitern 224,
kann aufgrund der rundzylindrischen, im wesentlichen ebenen äußeren
Mantelfläche leicht auf übliche Art und Weise
erfolgen.
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Der
Vorteil der Bauausführung gemäß 3 liegt
darin, dass eine sehr kompakte Anordnung und Baugröße
erreicht werden kann bei großer Länge des Rohrs 212 sowie
großer gesamter Heizleistung. Einlass 213 und
Auslass 215 liegen auch sehr nahe beieinander.
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Eine
nochmals weitere Ausgestaltung einer Durchfluss-Heizeinrichtung 311 ist
aus 4 zu ersehen in Schrägansicht. Diese
Form des Rohrs 312 kommt im wesentlichen dadurch zustande,
dass in etwa eine Heizeinrichtung gemäß 2 aufgerollt wird,
um eine rundzylindrische Mantelfläche zu bilden. Dies ist
in der schematischen Schnittdarstellung aus 5 zu ersehen.
Einlass 313 und Auslass 315 sind wieder, ähnlich
wie in 3, in axialer Richtung vorgesehen. An den nach
außen weisenden Seiten des Rohrs 312 sind acht
Heizelemente 320a bis 320h vorgesehen. Diese Heizelemente 320a bis 320h sind wiederum über
Verbindungsleiter 324 an den Schleifen 318 elektrisch
miteinander verbunden bzw. seriell verschaltet. Durch die in 5 dargestellte
Bauweise kann die Mäanderform entsprechend 2 mit sehr
guter Durchmischung des erhitzten Wassers mit der kompakten, rundzylindrisch
gebogenen Form von 3 kombiniert werden.
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Aus 5 ist
auch zu erkennen, dass der Durchflussquerschnitt des Rohrs 312 bzw.
der Durchfluss-Heizeinrichtung 311 vom Einlass 313 hin zum
Auslass 315 nicht nur schmaler wird entsprechend der Darstellungen
in 1, sondern auch noch nierenartig gebogen ist.
Dies ist aber nicht sehr schwierig herzustellen und weist den Vorteil
auf, dass die äußere Mantelfläche tatsächlich
rundzylindrisch ist. Dadurch kann sie eben sehr gut bedruckt werden mit
den Heizelementen 320 und den Verbindungsleitern 324.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 485211
A1 [0003]
- - EP 933626 A1 [0036]
- - EP 1152639 A1 [0036]
- - DE 102007058833 A1 [0036]