DE102016002942A1

DE102016002942A1 - Heizblock für einen elektrischen Heizkörper und elektrischer Durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE102016002942A1
Application number: DE102016002942.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Grobe; Frank Uhr; Daniel Schäfer
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14
Also published as: US20170261228A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizblock (100) für einen Durchlauferhitzer, in dem im Heizblock (100) ein Wasserdurchflusssystem mit Kanälen angeordnet ist. Eine Heizstrecke (300) des Wasserdurchflusssystems bildet im Betrieb des Durchlauferhitzers mit einem heißesten Heizelement (341) einen heißesten Kanal (340). Der heißeste Kanal (340) ist in einer Strömungsrichtung (110) hinter zumindest einem Kanal (310, 320, 330) der Heizstrecke (300) angeordnet. Der heißeste Kanal (340) der Heizstrecke (300) ist von wenigstens vier Kanälen umgeben, die zwischen einer äußeren Fläche (120) des Heizblocks (100) und dem heißesten Kanal (340) liegen. Der heißeste Kanal des Durchlauferhitzers ist somit von wenigstens vier Kanälen umgeben und ist gegen einen Luftraum (160) abgeschirmt.

Description

Marktbekannt sind elektrische Durchlauferhitzer, insbesondere dreiphasige Durchlauferhitzer, die einen Heizblock aus Kunststoff aufweisen. Im Heizblock ist ein Wasserdurchflusssystem aus verschiedenen, meist parallel verlaufenden Kanälen, angeordnet. Bekannt ist weiterhin vorteilhaft die Verwendung von Blankdrahtheizkörpern, die in dem Wasserdurchflusssystem in einer Heizstrecke angeordnet sind. Der in einer Strömungsrichtung angeordnete letzte Heizkörper wird funktionsbedingt am heißesten, da dem in Strömungsrichtung betrachtet letzten Heizkörper das schon von den anderen Heizkörpern vorerwärmte Wasser zugeführt wird, welches dieser dann auf die gewünschte Endtemperatur aufheizt. Dieser heißeste Heizkörper am Ende der Heizstrecke neigt am ehesten zu einer Verkalkung.
Aufgabe der Erfindung ist es Schäden, die durch die Verkalkung des heißesten Heizkörpers entstehen können, zu vermeiden und einen Heizblock mit einer verbesserten Sicherheit gegen Schäden durch Verkalkung bereitzustellen.
Gelöst ist die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs eins oder durch die Merkmale des Anspruchs drei.
Der heißeste Heizkörper, der in Strömungsrichtung gesehen am Ende der Heizstrecke liegt, wird von weiteren Abschnitten oder Kanälen des Wasserdurchflusssystems eingerahmt d. h., dass um den heißesten Heizkörper zumindest vier weitere Abschnitte oder Kanäle des Wasserdurchflusssystems angeordnet sind. Diese wenigstens vier Kanäle können unbeheizte Strecken des Wasserdurchflusssystems oder aber auch beheizte Strecken des Wasserdurchflusssystems sein.
Gemäß einem Gedanken der Erfindung sind um den heißesten Heizkörper sogenannte isolierende Nachlaufstrecken des Wasserdurchflusssystems angeordnet. Dies sind Kanäle, die nicht beheizt sind, durch die das von den Heizkörpern erwärmte Wasser fließt. Die unbeheizten Kanäle, die als Nachlaufstrecken dienen und für eine elektrische Isolierung des in der Heizstrecke befindlichen Blankdrahtheizkörpers sorgen, befinden sich in unmittelbarer Nähe und in Strömungsrichtung hinter dem heißesten Heizkörper.
Dem heißesten Heizkanal sind vorteilhaft weitere Heizkanäle vorgelagert, hinter denen der heißeste Heizkanal in Strömungsrichtung des Wassers gesehen angeschlossen ist. Somit ist es von Vorteil, dass der heißeste Heizkanal von den übrigen Heizkanälen oder zumindest einem diesem vorgelagerten Heizkanal und den Kanälen der Nachlaufstrecke umgeben ist.
Der vorgeschlagene Heizblock besteht vorteilhaft aus Kunststoff und die in ihm befindlichen Kanäle als Heizstrecke, Vorlaufstrecke oder Nachlaufstrecke sind im Wesentlichen parallel im Heizkörper angeordnet. Die einzelnen Kanäle sind jeweils in einem Fuß- und in einem Kopfstück miteinander verbunden, so dass das durch die Kanäle fließende Wasser im Kopf und im Fuß umgelenkt wird und von einem zum nächsten Kanal gelenkt wird.
Durch den Heizkörper des Durchlauferhitzers fließt das kalte Wasser zunächst durch die Kanäle, die als Vorlaufstrecken im Heizkörper angeordnet sind. Danach tritt das Wasser von den Kanälen der Vorlaufstrecke in die Kanäle der Heizstrecke ein.
Vorteilhaft weisen die Kanäle, insbesondere die Kanäle der Heizstrecke, einen runden Querschnitt auf. Gemäß einem Gedanken der Erfindung haben die Kanäle zumindest teilweise eine vom runden Querschnitt abweisenden ovalen Querschnitt oder weisen einen Querschnitt mit zwei parallelen Seiten, die mit einem Bogen verbunden sind, auf. Somit sind vorteilhaft zumindest teilweise Kanäle vorgeschlagen, die eine geringere Breite als eine Höhe haben.
In der Heizstrecke durchfließt das Wasser die Kanäle der Heizstrecke entweder nacheinander und/oder vorteilhaft auch zumindest teilweise parallel. Danach oder dazwischen können sogenannte Parallelkanäle angeordnet sein, wobei die Parallelkanäle vorteilhaft zwischen zwei Kanälen der Heizstrecke liegen und somit zwei oder drei Kanäle der Heizstrecke miteinander verbinden.
Vorteilhaft liegt der heißeste Heizkanal in Strömungsrichtung des zu beheizenden Wassers am Ende der Heizstrecke, so dass das Wasser im heißesten Heizkanal am heißesten wird und auch die Blankdrahtwendel des heißesten Heizkanals somit am heißesten wird. An dieser heißesten Heizwendel lagert sich am ehesten Kalk ab, wodurch der Wasserdurchfluss gemindert ist und es zu einer Überhitzung des heißesten Heizkanals kommen kann. In einem Schadensfall ist der heißeste Heizkanal gemäß der Erfindung von weiteren Kanälen umgeben, durch die vorteilhaft Wasser fließt und/oder kein Heizkörper angeordnet ist, so dass selbst bei einem Schaden im heißesten Heizkanal die Dichtheit des Heizkörpers insgesamt gegeben ist.
Vorteilhaft ist der heißeste Kanal der Heizstrecke von wenigstens vier Kanälen umgeben, die zwischen einer äußeren Fläche des Heizblocks und dem heißesten Kanal liegen. So ist der im Betrieb des Durchlauferhitzers heißeste Kanal von wenigstens vier Kanälen umgeben und gegen den Luftraum abgeschirmt.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der heißeste Kanal von wenigstens zwei unbeheizten Kanälen und von wenigstens zwei beheizten Kanälen gegenüber einer äußeren Fläche abgeschirmt.
Ein vorteilhafter Heizblock für einen Durchlauferhitzer weist wenigstens zwei Kanäle mit jeweils einem Heizelement auf. Der Heizkanal mit dem heißesten Heizelement wird im Betrieb des Durchlauferhitzers heißer als die in Strömungsrichtung vorher liegenden Heizelemente. Vor den Kanälen mit Heizkörpern befinden sich in der Strömungsrichtung wenigstens zwei unbeheizte Kanäle als isolierende Vorlaufstrecke. In der Strömungsrichtung nach den Heizkanälen sind wenigstens zwei Kanäle als isolierende Nachlaufkanäle angebracht.
Der heißeste Kanal ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel von wenigstens vier Kanälen umgeben, so dass der heißeste Kanal bei einem Defekt des heißesten Kanals von den umgebenden Kanälen gegenüber einem Luftraum abgedichtet und abgeschottet bleibt.
Die Heizstrecke besteht gemäß einem weiteren vorteilhaften Gedanken aus drei Kanälen mit je einem Heizelement und dem heißesten Heizkanal mit einem heißesten Heizelement. Der heißeste Heizkanal liegt in der Strömungsrichtung betrachtet hinter den drei Heizkanälen.
Der heißeste Kanal ist im Heizblock vorteilhaft von wenigstens zwei Kanälen und insbesondere zumindest zwei, drei oder mehr als drei unbeheizten Kanälen gegenüber einem Luftraum umgeben.
Die Kanäle sind vorteilhaft zumindest teilweise parallel zueinander und parallel zum heißesten Kanal angeordnet.
Der Heizblock ist in einem Gehäuse eines elektrischen Durchlauferhitzers angeordnet.
1 zeigt einen Heizblock im Schnitt und als 3D Ansicht
2 zeigt einen Heizkblock im Schnitt
3 zeigt einen Durchflussplan des Wasserdurchflusssystems
4 zeigt elektrische Anschlüsse des Heizkörpers
5 zeigt eine Anschlussplatine für den elektrischen Heizkörper
6 zeigt eine Sternpunktbrücke mit Anschluss der Heizkörper
1 zeigt einen Heizblock 100 mit einem Einlauf 104 und einem Auslauf 105 eines elektrischen Durchlauferhitzers. Der Heizblock 100 besteht aus Kunststoff und weist einen Kopf 101 auf. Im Heizblock befindet sich ein Wasserdurchflusssystem. In einer Strömungsrichtung 110 gesehen besteht das Wasserdurchflusssystem aus einer Vorlaufstrecke 200, einer darauf folgenden Heizstrecke 300 und einer auf die Heizstrecke 300 folgenden Nachschaltstrecke 500.
Die Vorlaufstrecke 200 und die Nachlaufstrecke 500 sind zur elektrischen Isolierung gegenüber Heizelementen 311, 321 331 und einem heißesten Heizelement 341 vorgesehen, die sich in der Heizstrecke 300 befinden. Die Vorlaufstrecke 200 ist in eine Anzahl von Kanälen aufgeteilt. So ist die Vorlaufstrecke 200 in unbeheizte und isolierende Kanäle 210, 220, 230, 240, 250 aufgeteilt.
In der Strömungsrichtung 110 folgend schließt sich an die Vorlaufstrecke 200 die schon benannte Heizstrecke 300 an, in der im Ausführungsbeispiel Heizkanäle 310, 320, 330 und ein heißester Kanal 340 angeordnet sind. In jeweils einem Kanal 310, 320, 330 ist ein Heizelement 311, 321, 331 angeordnet. Im heißesten Kanal 340 ist das im Betrieb heißeste Heizelement 341 angeordnet. Das heißeste Heizelement 341 wird im heißesten Kanal 340 im Betrieb des elektrischen Durchlauferhitzers 1 deshalb am heißesten, weil das heißeste Heizelement, das schon von den Heizelementen 311, 321, 331 vorerwärmte Wasser noch weiter erwärmt, so dass hier, insbesondere in Strömungsrichtung 110 am Ende des heißesten Kanals 340, auch das heißeste Heizelement 341 am heißesten ist.
Am Heizblock ist weiterhin eine Durchflusseinheit 140 und ein Verstellventil 130 angeordnet, wobei das Verstellventil vorzugsweise in der Vorlaufstrecke 200 angeordnet ist, wo auch die Durchflusseinheit 140 angeordnet ist.
Gemäß 2 ist der Heizblock 100 im Schnitt dargestellt. Der heißeste Heizkörper 341, der im heißesten Kanal 340 angeordnet ist, ist im Ausführungsbeispiel von sieben Kanälen umgeben. Die sieben Kanäle schotten den heißesten Heizkörper 341 gegenüber einem Luftraum 160 ab und somit ist der heißeste Kanal 340 auch gegenüber einer äußeren Fläche 120 des Heizblock 100 abgeschirmt bzw. beabstandet.
Im Ausführungsbeispiel ist der heißeste Kanal 340 von drei Kanälen 310, 320, 330, die beheizt sind, umgeben. Desweiteren ist der heißeste Kanal 340 von zwei Parallelkanälen 410 und 420 umgeben, in denen das Wasser im Betrieb des Durchlauferhitzers jeweils kommend vom Kanal 320 und 330 zum heißesten Kanal 340 geführt wird. Die beiden Parallelkanäle 410 und 420 dienen zur Überführung des bereits vorerwärmten Wassers im Betrieb des Durchlauferhitzers 1 zum Anfang des heißesten Kanals 340. Die Umlenkung des bereits vorerwärmten Wassers erfolgt in Strömungsrichtung 110 gesehen nach den unbeheizten Parallelkanälen 410 und 420 in einem Fuß 102, wie er schematisch in 3 gezeigt ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 erfolgt der elektrische Anschluss der Heizelemente 311, 321 und 331 sowie des heißesten Heizelements 341 über eine Platine 600. Die Platine 600 weist im Ausführungsbeispiel zum Anschluss eines jeden Heizelementes 311, 321, 331 und des heißesten Heizelementes 341 einen Finger 601, 602, 603, 604 auf. Diese Finger 601, 602, 603, 604 sind Bestandteile der Platine 600, wobei sich Leiterbahnen auf den Fingern befinden, die zum elektrischen Stromfluss zu den Heizelementen 311, 321 und 331 sowie zu dem heißesten Heizelement 341 vorgesehen sind. Im Ausführungsbeispiel ist die Platine 600 im Kopf 101 im Bereich des Verstellventils 130 angeordnet. Der heißeste Kanal 340 bzw. das heißeste Heizelement 341 wird über den Finger 604 mit Strom versorgt.
Die Heizelemente 311, 321, 331 sowie das heißeste Heizelement 341 sind vom Kopf 101 zum Fuß 102 geführt oder gespannt und im Bereich des Fußes 102 ist eine Sternpunktbrücke 103 angeordnet, mit der die Heizwendeln elektrisch verbunden und somit auf einen so genannten elektrischen Sternpunkt gebracht sind, wie es in 6 gezeigt ist.
Die Nachlaufstrecke 500 ist in mehrere Kanäle 510, 520, 530 aufgeteilt, die in Reihe nacheinander geschaltet sind.
Die Finger 601, 602, 603, 604 der Heizkörperanschlussplatine 600 sind vorteilhaft federnd ausgelegt, womit ein Toleranzausgleich zu Heizkörperanschlussbolzen der Heizkörper, vorzugsweise im Kopf 101, erzielt ist. Die Heizkörperanschlussbolzen können sich durch Montagetoleranzen und/oder Druckbelastungen im Wasser in unterschiedlichen Höhen im Kopf 101 befinden. Die Platine 600 dient außerdem als Schutz gegen Verdrahtungsfehler, da nur eine Montagerichtung möglich und richtig ist.
Die Platine 600 ist vorteilhaft als „Abbrechplatine” Bestandteil einer Hauptplatine. An der Hauptplatine ist, vorzugsweise an einer Sollbruchlinie, die Platine 600 befestigt.
Die Hauptplatine wird mit der Platine 600 vorteilhaft zusammen gefertigt. Dies erfolgt vorteilhaft in einer THT- und/oder SMD-Bestückung, wobei elektronische Bauteile mit einer Lötwelle mit Leiterbahnen der Platine 600 und der Hauptplatine verbunden werden. Die Platine 600 wird dann in der Fertigung des Durchlauferhitzers von der Hauptplatine abgebrochen und am Kopf 101 angebracht.

Claims

Heizblock (100) für einen Durchlauferhitzer, wobei im Heizblock (100) ein Wasserdurchflusssystem mit Kanälen angeordnet ist, mit einer Heizstrecke (300) des Wasserdurchflusssystems, mit einem im Betrieb heißesten Kanal (340) der Heizstrecke (300), wobei im heißesten Kanal (340) ein heißestes Heizelement (341) angeordnet ist und der heißeste Kanal (340) in einer Strömungsrichtung (110) hinter zumindest einem Kanal (310, 320, 330) der Heizstrecke (300) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der heißeste Kanal (340) der Heizstrecke (300) von wenigstens vier Kanälen umgeben ist, die zwischen einer äußeren Fläche (120) des Heizblocks 100) und dem heißesten Kanal (340) liegen, so dass der im Betrieb des Durchlauferhitzers heißeste Kanal (340) von wenigstens vier Kanälen umgeben ist und gegen einem Luftraum (160) abgeschirmt ist.
Heizblock (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der heißeste Kanal (340) von wenigstens zwei Kanälen (210, 220, 230, 240, 250, 400, 410, 420, 510, 520, 530) umgeben ist, die unbeheizt sind, der heißeste Kanal (340) von wenigstens zwei weiteren Kanälen (310, 320, 330) der Heizstrecke (300) umgeben ist, so dass der heißeste Kanal (340) von wenigstens zwei unbeheizten Kanälen (400, 410, 410, 510, 520, 530) und von wenigstens zwei beheizten Kanälen (310, 320, 330) gegenüber einer äußeren Fläche (120) abgeschirmt ist.
Heizblock (100) für einen Durchlauferhitzer, mit wenigstens zwei Kanälen (310, 320, 330, 340) die jeweils ein Heizelement (311, 321, 331) aufweisen, wobei der Heizkanal (340) mit dem Heizelement (341) im Betrieb des Durchlauferhitzers heißer als die Heizelemente (311, 321, 331) wird, wobei sich in einer Strömungsrichtung (110) vor den Kanälen (310, 320, 330, 340) mit Heizkörpern (311, 321, 331, 341) wenigstens zwei unbeheizte Kanäle (210, 220, 230, 240, 250) als isolierende Vorlaufstrecke befinden und in der Strömungsrichtung (110) nach den Heizkanälen (310, 320, 330, 340) wenigstens zwei Kanäle (510, 520, 530) als isolierende Nachlaufkanäle angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der heißeste Kanal (340) von wenigstens vier Kanälen (210, 220, 230, 240, 250, 310, 320, 330, 400, 410, 420, 510, 520, 530) umgeben ist, so dass der heißeste Kanal (340) bei einem Defekt des heißesten Kanals (340), von den umgebenden Kanälen gegenüber einem Luftraum (160) abgedichtet und abgeschottet bleibt.
Heizblock (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrecke (300) aus drei Kanälen (310, 320, 330) mit einem Heizelement (311, 321, 331) und dem heißesten Heizkanal (340) gebildet ist, wobei der heißeste Kanal (340) in der Strömungsrichtung (110) betrachtet hinter den drei Kanälen (310, 320, 330) liegt.
Heizblock (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der heißeste Kanal (340) im Heizblock (100) von wenigstens zwei Kanälen (310, 320, 330) und insbesondere zumindest zwei, drei oder mehr als drei unbeheizten Kanälen (400, 410, 410, 500 510, 520, 530) gegenüber einem Luftraum (160) umgeben ist.
Heizblock (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (210, 220, 230, 240, 250, 310, 320, 330, 510, 520, 530) zumindest teilweise parallel zueinander und parallel zum heißesten Kanal (340) angeordnet sind.
Elektrischer Durchlauferhitzer mit einem Heizblock (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.