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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Erwärmung fließfähiger Medien, insbesondere hochviskoser Materialien, Beschichtungsmaterialien oder dergleichen, umfassend einen Profilkörper mit zumindest einem Durchflusskanalabschnitt eines Durchflusskanals des Wärmeübertragers und eine im Profilkörper angeordnete Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung zumindest zwei elektrische Heizelemente aufweist.
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Wärmeübertrager dieser Art sind hinreichend bekannt und werden regelmäßig in Art eines Durchlauferhitzers zur Erwärmung von Beschichtungsmaterialien auf dem Gebiet der Spritztechnik verwendet. Das Beschichtungsmaterial wird dabei mittels einer Pumpe durch den Durchflusskanal des Wärmeübertragers gefördert, wobei eine Erwärmung des Beschichtungsmaterials durch die Berührung desselben mit Wärmeübertragerflächen innerhalb des Durchflusskanals erfolgt. Zur Erzeugung der Wärmeenergie werden regelmäßig elektrische Heizelemente verwendet, die in einem dem Durchflusskanal zumindest abschnittsweise ausbildenden Körper des Wärmeübertragers angeordnet sind. Das oder die Heizelemente müssen dann so in dem Körper angeordnet sein, dass eine gleichmäßige Erwärmung des Durchflusskanals erfolgt. Nachteilig ist hier insbesondere, dass die Wärmeübertragung von den Heizelementen auf das Beschichtungsmaterial nur indirekt erfolgt und zunächst der aus Metall ausgebildete Körper erwärmt werden muss.
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Weiter sind Ausführungsformen von Wärmeübertragern bekannt, bei denen ein Heizelement unmittelbar im Durchflusskanal angeordnet ist. Hier ist zwar eine schnelle und effektive Erwärmung des Beschichtungsmaterials möglich, jedoch besteht bei der vergleichsweise kleinen Wärmeübertragerfläche des Heizelements die Gefahr einer Überhitzung des Beschichtungsmaterials. Auch kann dann das Beschichtungsmaterial leicht an einer Heizelementfläche anbacken bzw. sich ablagern, was wiederum zu einer Verstopfung des Durchflusskanals führen kann. Mit der Anordnung der Heizelemente im Körper ist demgegenüber ein vergleichsweise kleinerer Temperaturgradient zwischen einer Durchflusskanalinnenfläche und dem Beschichtungsmaterial erzielbar, jedoch bedarf es in diesem Fall der Ausbildung eines vergleichsweise langen Durchflusskanals zur Ausbildung einer notwendigerweise größeren Wärmeübertragerfläche. Nachteilig ergibt sich hieraus eine komplizierte Kanalführung bzw. ein aufwendiger Aufbau des Körpers, insbesondere da der Wärmeübertrager häufig in Verbindung mit einem mobilen Spritzgerät verwendet wird und somit in seinen Abmessungen relativ kompakt sein muss.
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Auch ist häufig eine Reinigung des Durchflusskanals notwendig, beispielsweise bei einem Wechsel der Beschichtungsmaterialien, bei einer Verstopfung oder nach Beendigung eines Beschichtungsvorgangs, wobei der Wärmeübertrager und insbesondere der Durchflusskanal dann regelmäßig umständlich demontierbar bzw. schlecht zu reinigen ist. Dies ist vornehmlich bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern der Fall, da der Durchflusskanal im Körper Knickungen oder Bögen ausbildet, die nur schwer mit Reinigungswerkzeug zu erreichen sind oder die eine zeitaufwendige Demontage des Wärmeübertragers bedingen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager vorzuschlagen, der einen einfachen und kompakten, leicht zu reinigenden Aufbau aufweist und dennoch eine verbesserte Wärmeübertragung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager zur Erwärmung fließfähiger Medien, insbesondere hochviskoser Materialien, Beschichtungsmaterialien oder dergleichen, umfasst einen Profilkörper mit zumindest einem Durchflusskanalabschnitt eines Durchflusskanals des Wärmeübertragers und eine im Profilkörper angeordnete Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung zumindest zwei elektrische Heizelemente aufweist, wobei ein erstes Heizelement in einer im Profilkörper ausgebildeten Heizelementaufnahme angeordnet ist, und ein zweites Heizelement in einem Hülsenelement der Heizeinrichtung angeordnet ist, wobei das Hülsenelement in dem im Profilkörper ausgebildeten Durchflusskanalabschnitt angeordnet ist, derart, dass die Heizelemente gegenüber dem Durchflusskanal abgedichtet sind.
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Insbesondere die Erwärmung des Profilköpers mit einem Heizelement und der Einsatz des ebenfalls beheizten Hülsenelements in dem Durchflusskanalabschnitt ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Wärmeübertragung auf das fließfähige Medium, da die effektiv beheizten Wärmeübertragerflächen relativ groß sind. So gelangt das fließfähige Medium mit einer Durchflusskanalinnenfläche und einer Hülsenelementfläche, welche von dem ersten bzw. dem zweiten Heizelement beheizt werden, in Kontakt. Dabei ist es vorteilhaft, dass der Durchflusskanalabschnitt von einem Profilkörper ausgebildet ist, der geometrisch gleichmäßig und daher leicht zu reinigen ist. Ein Profilkörper weist keine Bögen oder Durchbrüche auf, in denen mögliche Ablagerungen nur umständlich zu entfernen wären und ist darüber hinaus einfach herzustellen sowie in beliebigen Längen erhältlich. Aufgrund der wirkungsvollen Beheizung kann der Durchflusskanal des Wärmeübertragers relativ kurz bemessen sein, ohne dass ein Heizelement in direkten Kontakt mit dem Medium gelangt. Auch kann es im Durchflusskanalabschnitt aufgrund der so ausgebildeten, gleichmäßigen Wärmeverteilung über die Wärmeübertragerflächen kaum zu einer lokalen Überhitzung des Mediums kommen. Die damit verbundenen negativen Effekte werden insbesondere dadurch vermieden, dass die Heizelemente nicht mit dem Medium in Kontakt gelangen können.
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Vorteilhaft kann der Wärmeübertrager eine Mehrzahl von parallel angeordneten Profilkörpern umfassen. So kann eine Durchflussmenge erhöht oder alternativ ein Durchflusskanalabschnitt verlängert werden. Der Wärmeübertrager kann dann insbesondere so ausgebildet sein, dass ein modularer Aufbau des Wärmeübertragers mit einer für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Anzahl Profilköpern möglich ist. Eine Anpassung des Wärmeübertragers an spezielle Kundenwünsche oder Anforderungen wird damit ohne größeren Herstellungsaufwand einfach möglich.
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Der Wärmeübertrager kann weiter ein Deckelelement und ein Bodenelement umfassen, welche jeweils an Profilenden des Profilkörpers angeordnet sind. Mittels des Deckelelements und des Bodenelements können beispielsweise eine Mehrzahl von Profilkörpern zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement gehaltert werden. Auch kann das Deckelelement und das Bodenelement gegenüber den Profilenden so abgedichtet sein, dass das fließfähige Medium nicht in unerwünschter Weise aus dem Wärmeübertrager austreten kann.
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Auch können im Deckelelement und/oder im Bodenelement Anschlusskanäle des Durchflusskanals ausgebildet sein. Die Anschlusskanäle müssen dann nicht in einem oder mehreren Profilkörpern angeordnet werden, sondern können einfach, je nach Verwendungsanforderung des Wärmeübertragers, an den vorgenannten Elementen angeordnet sein. Ebenso können eine Mehrzahl von Anschlusskanälen an verschiedenen Seiten des Deckelelements und/oder des Bodenelements zur optionalen Verwendung vorgesehen sein. Die nicht verwendeten Anschlusskanäle können dann beispielsweise mit einer Verschraubung verschlossen sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Deckelelement und/oder im Bodenelement zumindest ein Verbindungskanal zur Verbindung von Durchflusskanalabschnitten ausgebildet ist. Mehrere Durchflusskanalabschnitte können so in Reihe hintereinander verbunden werden. Die Anzahl der Verbindungskanäle kann je nach Anzahl verwendeter Profilkörper variieren. Zur Ausbildung von Wärmeübertragern mit unterschiedlichen Wärmeleistungen bedarf es folglich alleine eines Austausches von Deckel- und/oder Bodenelementen mit der entsprechenden Anzahl gleichartiger Profilkörper.
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Eine vorteilhafte Halterung des Hülsenelements wird möglich, wenn das Hülsenelement mit dem Deckelelement fest verbunden ist. Für eine Reinigung des Durchflusskanals muss dann lediglich das Deckelement vom Profilkörper demontiert werden, wobei das Deckelelement dann zusammen mit dem Hülsenelement vom Profilkörper bzw. aus dem Durchflusskanalabschnitt entfernt wird. So ist die Hülsenelementfläche wie auch die Durchflusskanalinnenfläche leicht für eine Reinigung zugänglich. Vorzugsweise kann das erste Heizelement, welches in der Heizelementaufnahme des Profilkörpers angeordnet ist, dann ebenfalls mit dem Deckelelement in geeigneter Weise verbunden sein.
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Der Wärmeübertrager kann besonders einfach hergestellt werden, wenn der Durchflusskanalabschnitt und die Heizelementaufnahme als Durchgangsbohrungen im Profilelement in Längsrichtung des Profilelements ausgebildet sind.
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Um eine gegenüber einem konventionellen Heizelement stark vergrößerte Wärmeübertragerfläche auszubilden, kann das Hülsenelement einen polygonalen Querschnitt ausbilden.
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Wenn das Hülsenelement auf seiner Umfangsfläche eine Vielzahl von auf dem Umfang verteilten Längsnuten aufweist, derart, dass das Hülsenelement einen sternförmigen Querschnitt ausbildet, kann eine Wärmeübertragerfläche bzw. Hülsenelementfläche noch weiter vergrößert werden.
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Besonders große Wärmeübertragerflächen sind möglich, wenn ein Außendurchmesser des Hülsenelements im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Durchflusskanalabschnitts entspricht. Ein Durchflusskanalquerschnitt wird dann alleine von dem im Querschnitt ringförmigen Zwischenraum zwischen Durchflusskanalinnenfläche und Hülsenelementfläche ausgebildet.
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So kann auch zwischen dem Hülsenelement und dem Profilkörper eine Vielzahl von Teilkanälen des Durchflusskanalabschnitts ausgebildet sein. Wenn die Hülsenelementfläche zumindest abschnittsweise an der Durchflusskanalinnenfläche zur Anlage gelangt, wird darüber hinaus ein besonders guter Sitz des Hülsenelements im Durchflusskanalabschnitt sichergestellt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Wärmeübertrager Heizelemente in einem Verhältnis von zwei zweiten Heizelementen zu einem ersten Heizelement aufweisen.
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Ein einfacher, gemeinsamer Anschluss aller Heizelemente an eine Stromversorgung bzw. Unterverteilung wird ermöglicht, wenn der Wärmeübertrager am Deckelelement eine Anschlusseinrichtung zum Anschluss der Heizelemente aufweist. Die Anschlusseinrichtung kann ein gegenüber einer Umgebung abgedichtetes Gehäuse mit Einrichtungen zur Unterverteilung für die elektrischen Heizelemente und Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtungen umfassen.
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Zur Ausbildung einer Temperaturregelung kann zumindest ein Temperatursensor im Durchflusskanal angeordnet sein. Optional können mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein, um eine Temperaturdifferenz entlang des Durchflusskanals zu ermitteln. Vorzugsweise kann eine Temperaturregelung auf Basis von Messwerten des Temperatursensors mit einer SPS-Steuerung erfolgen.
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Der Durchflusskanal selbst kann mäanderförmig ausgebildet sein, beispielsweise durch in Reihe hintereinander angeordneter Durchflusskanalabschnitte, die über Verbindungskanäle verbunden sind. So kann besonders einfach eine kompakte Ausführung eines Wärmeübertragers ausgebildet werden.
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Vorteilhaft kann der Wärmeübertrager eine Isolationseinrichtung aufweisen, die mögliche Wärmeverluste an eine Umgebung minimiert. Weiter kann die Isolationseinrichtung Bedienpersonal vor möglichen Verbrennungen schützen.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: Eine erste perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers;
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2: eine zweite perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers;
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3: eine Querschnittsansicht des Wärmeübertragers in einer perspektivischen Ansicht;
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4: eine Längsschnittsansicht des Wärmeübertragers in einer perspektivischen Ansicht;
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5: eine Längsschnittansicht des Wärmeübertragers in einer perspektivischen Ansicht;
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6: eine abschnittsweise Längsschnittansicht des Wärmeübertragers in einer perspektivischen Ansicht.
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Eine Zusammenschau der 1 bis 6 zeigt einen Wärmeübertrager 10 in verschiedenen, perspektivischen Darstellungen und Schnitten. Der Wärmeübertrager umfasst zwei Profilkörper 11 und 12, welche Durchflusskanalabschnitte 13 und 14 bzw. 15 und 16 in Art einer Durchgangsbohrung ausbilden. Weiter sind in den Durchflusskanalabschnitten jeweils Hülsenelementen 17 angeordnet, die einen sternförmigen Profilquerschnitt 18 aufweisen, so dass zwischen einer Durchflusskanalinnenfläche 19 und einer Hülsenelementfläche 20 eine Vielzahl von Teilkanälen 21 ausgebildet werden. Weiter umfasst der Wärmübertrager 10 erste Heizelemente 22, welche in einer im Profilkörper 11 bzw. 12 ausgebildeten Heizelementaufnahme 23, welche in Art einer Durchgangsbohrung ausgebildet ist, angeordnet sind. In den Hülsenelementen 17 sind zweite Heizelemente 24 in ebenfalls als Durchgangsbohrung ausgebildeten Heizelementaufnahmen 25 angeordnet. Die ersten Heizelemente 22 und zweiten Heizelemente 24 sind jeweils so in den Heizelementaufnahmen 23 bzw. 25 angeordnet, dass ein Berührungskontakt für einen besonders guten Wärmeübergang zwischen den ersten Heizelementen 22 und den Profilkörpern 11 bzw. 12 sowie zwischen den zweiten Heizelementen 24 und den Hülsenelementen 17 besteht. Um ein Eindringen von einem hier nicht gezeigten fließfähigem Medium in die Heizelementaufnahme 25 zu verhindern, ist an einem unteren Ende 26 des Hülsenelements 17 jeweils eine abdichtende Schraube 27 in das Hülsenelement 17 eingeschraubt.
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Weiter umfasst der Wärmeübertrager 10 ein Deckelelement 28 und ein Bodenelement 29, welche an Profilenden 30 bis 33 der Profilkörper 11 bzw. 12 angeordnet und mit diesen mittels Schrauben 34 fest verschraubt sind. Im Bodenelement 29 sind weiter zwei Verbindungskanäle 35 und 36 in Art einer Querbohrung ausgebildet und jeweils mit einer Schraube 37 verschlossen. Der Verbindungskanal 35 verbindet die Durchflusskanalabschnitte 13 und 15 bzw. der Verbindungskanal 36 die Durchflusskanalabschnitte 14 und 16. Im Deckelelement 28 ist ebenfalls ein Verbindungskanal 38 mit einer Schraube 37 vorgesehen, welcher die Durchflusskanalabschnitte 13 und 14 verbindet. Weiter sind im Deckelelement 28 Anschlusskanäle 39 und 40 in Art einer Bohrung ausgebildet, die mit den Durchflusskanalabschnitten 15 bzw. 16 verbunden sind. In die Anschlusskanäle 39 und 40 sind Anschlussverschraubungen 41 zum Anschluss des Wärmeübertragers 10 an eine hier nichtdargestellte Zu- bzw. Ableitung eines Spritzgerätes eingeschraubt. Insgesamt ergibt sich durch die Relativanordnung der Durchflusskanalabschnitte 13 bis 16 und der Verbindungskanäle 35, 36 und 38 eine mäanderförmige Ausbildung eines Durchflusskanals 42.
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Zur Abdichtung des Deckelelements 28 und des Bodenelements 29 mit den Profilkörpern 11 bzw. 12 sind Dichtungen 43 an den Profilenden 30 bis 33 angeordnet. Weiter sind die Hülsenelemente 17 an ihren oberen Enden 44 mit einer Umfangsnut 45 und einem Gewinde 46 versehen. Die Hülsenelemente 17 sind so mittels des Gewindes 46 in das Deckelelement 28 fest eingeschraubt. Die Umfangsnut 45 dient im Wesentlichen einer verbesserten Verteilung des zu erwärmenden Mediums.
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Am Deckelelement 28 ist weiter eine Anschlusseinrichtung 47 mit einem Anschlussgehäuse 48 und einer Anschlussklemme 49 angeordnet. Die Anschlussklemme 49 dient im Wesentlichen dem elektrischen Anschluss der ersten Heizelemente 22 und zweiten Heizelemente 24 an eine zentrale Stromversorgung. Das Anschlussgehäuse 48 ist aus einem Gehäusering 50 mit einem Gehäusedeckel 51 gebildet, welche mit dem Deckelelement 28 so verbunden sind, dass ein dichter Anschlussraum 52 gebildet wird.
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Im Anschlusskanal 39 bzw. im Deckelelement 28 ist ein Temperatursensor 53 und im Profilkörper 12 bzw. im Durchflusskanalabschnitt 15 ein Temperatursensor 54 angeordnet. Beide Temperatursensoren 53 und 54 sind mit einer hier nicht gezeigten SPS-Steuerung zur Regelung der Temperatur verbunden.
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Für eine Demontage zur Reinigung des Wärmeübertragers 10 ist es lediglich notwendig, die Schrauben 34 aus dem Deckelelement 28 zu entfernen und das Deckelelement 28 so von den Profilkörpern 11 und 12 zu trennen, wobei die Hülsenelemente 17 aus den Durchflusskanalabschnitten 13 bis 16 dann herausgezogen werden können. Die Durchflusskanalinnenfläche 19 kann nun einfach mechanisch gereinigt werden, wobei bei Bedarf auch das Bodenelement 29 durch Lösen der Schrauben 34 einfach von den Profilkörpern 11 und 12 entfernt werden kann. Die dann freiliegende Hülsenelementfläche 20 kann ebenfalls leicht gereinigt werden.
