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Die Erfindung betrifft einen Heizblock für einen elektrischen Durchlauferhitzer, insbesondere zur Bereitstellung von Heizwasser, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit einem Gehäuse, in dem eine mäanderartig verlaufende Heizstrecke zum Erwärmen einer Flüssigkeit ausgebildet ist, die eine Vielzahl von Heizkanälen zur Aufnahme von Heizwendeln und eine Vielzahl von U-förmigen Umlenkbereichen zum Umlenken der Flüssigkeit zwischen den jeweils benachbarten Heizkanälen aufweist, sowie ein Durchlauferhitzer.
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Heizblöcke für Durchlauferhitzer zum Bereitstellen von Heizwasser sind gewöhnlich als Blankdrahtsysteme ausgeführt, bei denen blanke Heizwendeln unmittelbar in der Wasserströmung liegen. Im Vergleich zu Rohrheizkörpern haben Blankdrahtsysteme kleine Wärmekapazitäten mit einer hohen Regeldynamik. Luftblasen in der Wasserströmung können jedoch die vollständige Umströmung der Heizwendeln mit Wasser wesentlich erschweren, wodurch die Heizwendeln in dem jeweiligen wasserfreien Abschnitt überhitzen und durchbrennen können.
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Heizkanäle in den Heizblöcken sind wie in der
DE 19 651 087 C2 gezeigt, üblicherweise mäanderförmig ausgeführt und in Installationslage des Durchlauferhitzers vertikal orientiert. Dabei zeigt es sich, dass jene Bereiche der Heizkanäle besonders durch Luftblasen gefährdet sind, in denen die Wasserströmung nach unten geführt wird. Die Auftriebskraft der Luftblasen wirkt der Strömung entgegen und die Luftblasen werden erst bei ausreichend großer Durchflussmenge von der Strömung mitgerissen. Ein besonders kritischer Bereich ist unmittelbar stromab der oberen Umlenkbereiche. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere eine allmähliche Aufweitung des Strömungsquerschnitts stromab der oberen Umlenkbereiche die Anheftung von Luftblasen an Kanalinnenwänden begünstigt. Ein Heizblock mit einer allmählichen Aufweitung des Strömungsquerschnittes ist in
1 gezeigt. Der Heizblock hat ein zweiteiliges Gehäuse
1, das von zwei Halbschalen
2,
4 gebildet ist. Das Gehäuse
1 bzw. die miteinander verbundenen Halbschalen
2,
4 definieren eine mäanderartige Heizstrecke, die von einer Vielzahl von Heizkanälen
6a,
6b und einer Vielzahl von Umlenkbereichen
8 gebildet ist, die die jeweils benachbarten Heizkanäle
6a,
6b miteinander verbinden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jedoch nur zwei Heizkanäle
6a,
6b und ein Umlenkkanal
8 beziffert. Die Umlenkbereiche
8 sind gegenüber den Heizkanälen
6a,
6b querschnittsreduziert. Die in der Installationslage des Heizblocks bzw. des Durchlauferhitzers oberen Umlenkbereiche
8 haben jeweils einen konisch verjüngten Zulaufabschnitt
10 und einen konisch erweiterten Auslaufabschnitt
12. Im Bereich der konisch und somit langsam erweiterten Auslaufabschnitte bildet sich regelmäßig eine Rezirkulation aus, in der sich Luftblasen bevorzugt festsetzen. Des Weiteren hat sich bei Erstinstallationen gezeigt, dass die sich in der Heizstrecke befindende Luft dazu neigt, sich stromab der oberen Umlenkbereiche zu sammeln. Bei niedrigen Durchflussmengen wird die Luft jedoch nicht vollständig aus den Umlenkbereichen heraus gespült, da diese infolge der Schwerkraft mit einer der Strömungsrichtung entgegen gerichteten Auftriebskraft beaufschlagt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizblock zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile beseitigt und ein verbessertes Strömungsverhalten aufweist, so dass insbesondere eine Festsetzung von Luftblasen stromab von in einer Installationslage oberen Umlenkbereichen verhindert wird. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen robusten Durchlauferhitzer zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Heizblock mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Durchlauferhitzer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Heizblock für einen elektrischen Durchlauferhitzer, insbesondere zur Bereitstellung von Heizwasser, hat ein Gehäuse, in dem eine mäanderartig verlaufende Heizstrecke zum Erwärmen einer Flüssigkeit ausgebildet ist, die eine Vielzahl von Heizkanälen zur Aufnahme von Heizwendeln und eine Vielzahl von U-förmigen Umlenkbereichen zum Umlenken der Flüssigkeit zwischen den jeweils benachbarten Heizkanälen aufweist. Erfindungsgemäß haben in Installationslage die oberen Umlenkbereiche einen Zulaufabschnitt zur Reduzierung eines Durchflussquerschnitts der Heizkanäle auf einen Umlenkquerschnitt sowie einen Auslaufabschnitt, der stufenartig in den jeweiligen Heizkanal mündet.
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Durch die stufenartige Einmündung wird eine abrupte Aufweitung des Strömungsquerschnittes erreicht. Die abrupte Aufweitung versucht gezielte Turbulenzen, die dazu führen, dass die Flüssigkeitsströmung den vollen Heizkanalquerschnitt erfasst und an einer Kanalinnenwandung anheftende Gasblasen wie Luftblasen mitreißt. Insbesondere erfolgt bereits eine Ablösung von Luftblasen bei niedrigen Durchflüssen. Gasblasen stromab von den oberen Umlenkbereichen werden infolge der turbulenten Strömung wirkungsvoll verhindert. Durch die Reduzierung des Durchflussquerschnitts im Bereich des jeweiligen Zulaufabschnitts wird eine Vergleichmäßigung der Strömung im Umlenkbereich erreicht, so dass sich die durch die Stufe eingebrachten Turbulenzen nicht mit stromaufwärts eingebrachten Turbulenzen überlagern, was zu einer Schwächung der stufenseitigen Turbulenzen führen könnte.
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Eine über den Querschnitt gleichmäßige Durchströmung der Auslaufabschnitte der oberen Umlenkbereiche bzw. der oberen Auslaufabschnitte lässt sich erreichen, wenn diese gerade ausgebildet sind.
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Eine gleichmäßige Einbringung der Turbulenzen über den Durchflussquerschnitt lässt sich erreichen, wenn die oberen Auslaufabschnitte koaxial zum jeweiligen Heizkanal orientiert sind und somit stirnseitig zentral in die Heizkanäle münden.
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Vorzugsweise haben die oberen Auslaufabschnitte jeweils einen konstanten Auslaufquerschnitt, so dass die Flüssigkeitsströmung mit vergleichmäßigten Druck- und Geschwindigkeitsverhältnissen in den jeweiligen Heizkanal eintritt.
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Dabei kann der obere Auslaufquerschnitt gleich dem oberen Umlenkquerschnitt sein, so dass die beiden Merkmale Umlenken und Verwirbeln bzw. Einbringung von Toleranzen zur Blasenmitnahme sowohl örtlich, als auch funktionell getrennt sind.
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Der erfindungsgemäße Heizblock lässt sich insbesondere für den häuslichen Gebrauch optimieren, wenn die oberen Auslaufabschnitte eine axiale Erstreckung von etwa 10mm bis 20mm aufweisen.
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Bevorzugsweise haben die oberen Auslaufabschnitte und die oberen Zulaufabschnitte eine gleiche axiale Erstreckung.
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Zur Reduzierung von Turbulenzen bereits in den Zulaufabschnitten ist es vorteilhaft, wenn deren Zulaufquerschnitt in Strömungsrichtung konisch verjüngt ist.
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Zur Vermeidung von Turbulenzen in den in Installationslage betrachtet unteren Umlenkbereichen ist es vorteilhaft, wenn die in Installationslage unteren Umlenkbereiche jeweils einen dem Durchflussquerschnitt entsprechenden unteren Umlenkquerschnitt haben.
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Bevorzugterweise haben die Umlenkbereiche jeweils einen den oberen und unteren Umlenkquerschnitt definierenden Umlenkabschnitt, der sich in Querrichtung der Heizkanäle zwischen dem Zulaufabschnitt und dem Ablaufabschnitt erstreckt.
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Ein erfindungsgemäßer Durchlauferhitzer ist mit einem erfindungsgemäßen Heizblock versehen. Ein derartiger Durchlauferhitzer zeichnet sich durch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber wechselnden Durchflussmengen und somit durch eine hohe Robustheit aus.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Bereitstellung eines Heizblockes für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer im Bereich der Hausgerätetechnik, der unempfindlich gegenüber wechselnden Durchflussmengen und somit robust und wartungsarm ist.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung eines Gehäuses eines bekannten Heizblocks,
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2 eine Draufsicht auf eine Gehäusehalbschale eines erfindungsgemäßen Heizblocks, und
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3 einen Abschnitt einer umfangsseitig geschlossenen Heizstrecke aus 2.
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Im Folgenden werden für gleiche konstruktive Elemente gleiche Bezugszeichen verwenden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jedoch nur einige der gleichen konstruktiven Elemente mit einem Bezugszeichen versehen.
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In 2 ist eine Unterschale 14 eines zweigeteilten Gehäuses eines erfindungsgemäßen Heizblocks für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer zum Bereitstellen von Heizwasser im häuslichen Bereich gezeigt. Eine Oberschale zum Bilden des Gehäuses ist nicht dargestellt, jedoch ist diese nahezu identisch zur Unterschale 14 ausgebildet, so dass die sich auf die Unterschale 14 beziehenden Erläuterungen im Wesentlichen auch für die Oberschale gelten.
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Das Gehäuse des Heizblocks, der in Blankdrahttechnik ausgeführt ist, definiert eine Heizstrecke 16 zum Erwärmen des den Durchlauferhitzer durchströmenden Wassers. Die Heizstrecke 16 ist in der Trennebene des Gehäuses betrachtet jeweils hälftig in der Unterschale 14 und hälftig in der nicht gezeigten Oberschale aufgenommen. Zum Zuführen von Kaltwasser und zur Entnahme des Heizwassers weist die Unterschale 14 einen Zulaufstutzen 18 und einen Auslaufstutzen 20 auf, die mit einer Vorlaufstrecke 22 bzw. einer Nachlaufstrecke 24 in Fluidverbindung stehen. Die Vorlaufstrecke 22 und die Nachlaufstrecke 24 sind jeweils mäanderartig ausgebildet und weisen über ihre gesamte Länge einen konstanten und gleichen Strömungsquerschnitt auf.
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Die Heizstrecke 16 erstreckt sich mäanderartig zwischen der Vorlaufstrecke 22 und der Nachlaufstrecke 24. Sie weist eine Vielzahl von Heizkanälen 26a bis 26f und eine Vielzahl von Umlenkbereichen 28a bis 28f auf. Die Heizkanäle 26a bis 26f dienen zur Aufnahme von Heizelementen, insbesondere von Heizwendeln. Sie sind gerade ausgebildet und verlaufen parallel nebeneinanderliegend in Längsrichtung des Gehäuses. Sie haben einen konstanten Durchflussquerschnitt, der gegenüber dem Strömungsquerschnitt der Vorlaufstrecke 22 und der Nachlaufstrecke 24 vergrößert ist. Zur Bestromung der Heizelemente ist in den Heizkanälen 26a bis 26f jeweils ein Durchbruch 30 zur Aufnahme von mit den Heizelementen zusammenwirkenden elektrischen Kontaktelementen ausgebildet.
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Die Umlenkbereiche 28a bis 28f dienen zum Verbinden der jeweils benachbarten Heizelemente 26a bis 26f und somit zum Umlenken des Wassers. Sie sind U-förmig ausgebildet und haben jeweils einen Zulaufabschnitt 32a, 32b, einen Umlenkabschnitt 34a, 34b und einen Auslaufabschnitt 36a, 36b. Die Zulaufabschnitte 32a, 32b und die Auslaufabschnitte 36a, 36b erstrecken sich in Längsrichtung des Gehäuses und insbesondere koaxial zu den Heizkanälen 26a bis 26f. Vorzugsweise sind die Zulaufabschnitte 32a, 32b und die Auslaufabschnitte 36a, 36b gleich lang ausgebildet. Die Umlenkabschnitte 34a, 34b sind im Wesentlichen in Querrichtung zu den Heizkanälen 26a bis 26f orientiert.
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In Installationslage des Durchlauferhitzers lassen sich die Umlenkbereiche 28a bis 28f in untere Umlenkbereiche 28b, 28d, 28f und in obere Umlenkbereiche 28a, 28c, 28e unterteilen. Die unteren Umlenkbereiche 28b, 28d, 28f haben jeweils einen unteren Umlenkquerschnitt, der gleich bzw. nahezu gleich dem Durchflussquerschnitt der Heizkanäle 26a bis 26f ist. Das heißt, die unteren Zulaufabschnitte 32b, die unteren Umlenkabschnitte 34b und die unteren Ablaufabschnitte 36b haben einen einheitlichen konstanten Innenquerschnitt, der gleich bzw. nahezu gleich dem Durchflussquerschnitt der Heizkanäle 26a bis 26f ist.
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Die oberen Umlenkbereiche 28a, 28c, 28e und insbesondere deren Umlenkabschnitte 34a haben jeweils einen oberen Umlenkquerschnitt, der gegenüber dem Durchflussquerschnitt der Heizkanäle 26a bis 26f reduziert ist. Zur Reduzierung des Durchflussquerschnitts der Heizkanäle 26b, 26d auf den Umlenkquerschnitt der oberen Umlenkabschnitte 34a haben die Zulaufabschnitte 32a der oberen Umlenkbereiche 28c, 28e, die zwischen jeweils zwei Heizkanälen 26b, 26c bzw. 26d, 26e angeordnet sind, in Strömungsrichtung betrachtet einen konisch verjüngten Zulaufquerschnitt. Der Zulaufabschnitt 32a des oberen Umlenkbereiches 28a, der zwischen der Vorlaufstrecke 22 und der Heizstrecke 16 angeordnet ist, hat einen konstanten Zulaufquerschnitt. Eine Querschnittsreduzierung auf den oberen Umlenkquerschnitt ist insofern nicht notwendig, als das der Umlenkquerschnitt des oberen Umlenkabschnitts 34a gleich dem Strömungsquerschnitt der Vorlaufstrecke 22 ist.
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Die Auslaufabschnitte 36a der oberen Umlenkbereiche 28a, 28c, 28e bzw. die oberen Auslaufabschnitte 36a sind zylindrisch ausgebildet und haben einen konstanten Auslaufquerschnitt, der gleich dem oberen Umlenkquerschnitt der Umlenkabschnitte 34a ist. Hierdurch münden die Auslaufabschnitte 38a stufenartig in die Heizkanäle 26a, 26c, 26e, wodurch im Übergangsbereich eine sich quer zur Strömungsrichtung erstreckende Ringfläche 38 gebildet ist. Mittels des stufenartigen und somit abrupten Strömungsübergangs von den Auslaufabschnitten 36a in die Heizkanäle 26a, 26c, 26e bzw. durch die sprunghafte Querschnittsvergrößerung werden gezielt stromab der Umlenkabschnitte 36a Turbulenzen in die Strömung eingebracht, wodurch eine Festsetzung von Luftblasen an Wandungsabschnitten 40 der Heizkanäle 26a, 26c, 26e wirkungsvoll verhindert wird. Für Durchlauferhitzer im häuslichen Bereich haben die Auslaufabschnitte 38a bevorzugterweise eine axiale Erstreckung von etwa 10mm bis 20mm.
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In 3 ist die in 2 gezeigte geöffnete Heizstrecke 16 geschlossen beispielhaft im Bereich des oberen Umlenkbereichs 28c dargestellt. Insbesondere sind in 3 wesentliche Merkmale der Erfindung figürlich aus einer anderen Perspektive verdeutlicht. Die im Folgenden verwendete Reihenfolge stellt jedoch keine Gewichtung der Merkmale dar.
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Erstens haben die Heizkanäle 26b, 26c einen konstanten Durchflussquerschnitt. Zweitens hat der obere Umlenkabschnitt 34a einen Umlenkquerschnitt, der gegenüber dem Durchflussquerschnitt der Heizkanäle 26b, 26c reduziert ist. Drittens hat der obere Zulaufabschnitt 32a einen konisch reduzierten Zulaufquerschnitt, wodurch der Durchflussquerschnitt des Heizkanals 26b langsam auf den Umlenkquerschnitt verkleinert wird. Viertens hat der obere Auslaufabschnitt 36a einen konstanten Auslaufquerschnitt, der gleich dem Umlenkquerschnitt des Umlenkabschnittes 34a ist. Fünftens verlaufen der obere Zulaufabschnitt 32a und der obere Auslaufabschnitt 36a koaxial zu den Heizkanälen 26b, 26c und sind stirnseitig mit dem Heizkanal 26b bzw. dem Heizkanal 26c verbunden. Sechstens verläuft der Umlenkabschnitt 34a quer zu den Heizkanälen 26b, 26c. Siebtens sind der obere Zulaufabschnitt 32a und der obere Auslaufabschnitt 36a gleich lang ausgebildet. Achtens mündet der obere Auslaufabschnitt 36a stufenartig derart in den Heizkanal 26c, dass eine schnelle und insbesondere abrupte und somit plötzliche Querschnittserweiterung von dem oberen Auslaufquerschnitt 36a und somit dem gleich großen oberen Umlenkquerschnitt auf den Durchflussquerschnitt erfolgt.
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Offenbart ist ein Heizblock für einen elektrischen Durchlauferhitzer, insbesondere zur Bereitstellung von Heizwasser, mit einem Gehäuse, in dem eine mäanderartig verlaufende Heizstrecke zum Erwärmen einer Flüssigkeit ausgebildet ist, die eine Vielzahl von Heizkanälen zur Aufnahme von Heizwendeln und eine Vielzahl von U-förmigen Umlenkbereichen zum Umlenken der Flüssigkeit zwischen den jeweils benachbarten Heizkanälen aufweist, wobei in Installationslage die oberen Umlenkbereiche einen Zulaufabschnitt zur Reduzierung eines Durchflussquerschnitts der Heizkanäle auf einen Umlenkquerschnitt sowie einen Auslaufabschnitt haben, der stufenartig in den jeweiligen Heizkanal mündet, sowie ein Durchlauferhitzer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Oberschale
- 4
- Unterschale
- 6a, b
- Heizkanal
- 8
- Umlenkbereich
- 10
- Zulaufabschnitt
- 12
- Auslaufabschnitt
- 14
- Unterschale
- 16
- Heizstrecke
- 18
- Zulaufstutzen
- 20
- Auslaufstutzen
- 22
- Vorlaufstrecke
- 24
- Nachlaufstrecke
- 26a bis 26f
- Heizkanal
- 28a bis 28f
- Umlenkbereich
- 30
- Durchbruch
- 32a, b
- Zulaufabschnitt
- 34a, b
- Umlenkabschnitt
- 36a, b
- Auslaufabschnitt
- 38
- Ringfläche
- 40
- Wandungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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