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Die Erfindung betrifft einen Fluidheizer zum Erwärmen eines in einer Leitung oder in einem Reservoir aufgenommenen Mediums.
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Herkömmliche Fluidheizer, die beispielsweise zum Erwärmen von Fluiden in flüssigem oder festen Aggregatszustand, beispielsweise von Eis, Wasser oder einem Wasser-/Glykol-Gemisch oder zum Aufschmelzen eines gefrorenen Fluids , beispielsweise Eis, verwendet werden, sind häufig als Rohrheizkörper ausgeführt, wie sie in der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 10 2017 119 473 A1 beschrieben sind. Ein derartiger Rohrheizkörper hat ein Draht-Widerstandsheizelement, das in einem Rohr angeordnet ist. Zur Vermeidung einer direkten Kontaktierung des Draht-Widerstandsheizelementes mit dem Rohrmantel ist dieser mit einer pulverförmigen elektrischen Isolation aus beispielsweise MgO verfüllt, so dass das Widerstandsheizelement in diese Isolation eingebettet ist. Nachteilig bei derartigen Lösungen ist, dass die Wärmeübertragung von dem Heizelement durch die elektrische Isolation und den Rohrmantel hindurch erfolgt, so dass erhebliche Wärmeverluste anfallen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine derartige Bauart einen erheblichen Bauraum erfordert und auch mit einem hohen Gewicht einher geht.
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Der Grundaufbau eines anderen Fluidheizers ist in der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden
EP 2 287 541 A2 beschrieben. Demgemäß hat ein derartiger Fluidheizer ein von dem zu erwärmenden Fluid durchströmtes, Wärme abgebendes elektrisches Heizelement, das bei diesem Stand der Technik als Blechstanzbiegeteil oder aber auch als Drahtgewirk ausgeführt sein kann. Dabei wird vorgeschlagen, dieses Gewirk, beispielsweise durch Umspritzen, in Kunststoff einzubetten, so dass die das Gewirk bildenden Drähte isoliert sind und das aufzuwärmende Medium das derart ausgeführte Heizelement umströmt.
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Nachteilig bei einer derartigen Lösung ist, dass die Herstellung des Gewirks mit dem anschließenden Umspritzen aufwendig ist, wobei es insbesondere schwierig ist, die vorbestimmte Gewirkstruktur während des Umspritzens aufrecht zu halten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Wärmeaustauschfläche relativ gering ist und zudem das Heizelement aufgrund der Kunststoffhülle sehr stark thermisch isoliert und somit der thermische Wirkungsgrad vergleichsweise gering ist.
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In den Patentanmeldungen
WO 2018/215546 A1 ,
WO 2018/215541 A1 und
DE 10 2017 121 063 A1 ist ein Fluidheizer offenbart, bei dem - ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Lösung - ein Heizelement durch eine Polymerstruktur ausgebildet ist, in die eine leitfähige Struktur integriert ist. Diese kann beispielsweise ein Metallschaum oder ein Polymerschaum oder auch ein Metallgewirk oder Metallgestrick sein.
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Diese Lösung zeigt die gleichen Nachteile wie der in dem Stand der Technik gemäß der
EP 2 287 541 A2 offenbarte Fluidheizer.
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In der Druckschrift
DE 10 2008 034 815 A1 ist ein elektrisches Flächenheizelement beschrieben, das zumindest abschnittsweise durch ein mittels einer Strickmaschine hergestelltes Heizgestrick gebildet ist, in das flexible elektrische Heizleiter integriert sind. Dieses Flächenheizelement kann beispielsweise zum Erwärmen von Werkzeugen zur Herstellung von Faserverbundteilen oder zur Enteisung von Rotorblättern oder Tragflächen verwendet werden.
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Auch dieses Flächenheizelement hat den Nachteil, dass die Herstellung äußerst aufwendig ist und zudem lediglich für Anwendungen optimiert ist, bei denen das Flächenheizelement an zu erwärmenden Flächenbereichen angebracht wird.
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In der
EP 3 212 907 B1 ist ein Katalysator für Verbrennungskraftmaschinen gezeigt, bei dem stromaufwärts einer Wabenkörperanordnung eine elektrische Heizvorrichtung angeordnet ist, die aus einem mäanderförmigen Heizdraht besteht, über den das Abgas auf die für die katalytische Reinigung erforderliche Mindesttemperatur erwärmt wird. Dieses Konzept ist nur zur Erwärmung der Abgase ausgelegt.
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In den beiden gattungsfremden Dokumenten
WO 2014/138742 A1 und
US 2,582,341 werden textile Flächengebilde beschrieben, die als Träger für elektrische Leiter ausgelegt sind und sich durch Zusammenrollen in eine kompakte Form bringen lassen. Eine derartige Struktur ist für eine Anwendung bei Fluidheizern ungeeignet.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fluidheizer zu schaffen, der bei einfachem Aufbau ein effektives Erwärmen von Flüssigkeiten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Fluidheizer mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Fluidheizer dient insbesondere zum Erwärmen von einem in einer Leitung oder in einem Reservoir aufgenommenen Medium, insbesondere einer Flüssigkeit, die sich im flüssigen oder festen Aggregatszustand befindet, und hat ein Draht-Widerstandsheizelement, das mit einer den Draht umgebenden Isolierschicht ausgeführt ist, die ausgelegt ist, in direktem thermischen Kontakt mit dem Medium zu stehen.
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Ein derartiger Fluidheizer zeichnet sich durch einen äußerst einfachen Aufbau aus, da die Erwärmung des Fluids, beispielsweise einer Flüssigkeit oder Eis, direkt über das isolierte Draht-Widerstandsheizelement erfolgt, dessen Isolierung entsprechend der Vorgabe des Patentanspruches 1 medienbeständig ausgeführt ist. Im Unterschied zu den vorbeschriebenen Lösungen steht somit das wärmeabgebende Element direkt, ohne zwischengeschaltete Elemente, wie beispielsweise eine isolierende Schüttung und eine Rohrwandung, in Kontakt mit dem zu erwärmenden Medium, so dass eine optimale Wärmeübertragung gewährleistet ist. Durch die kompakte Ausgestaltung des Widerstandsheizelementes kann bei einer Anordnung in einer durchströmten Leitung das Erwärmen mit einem geringen Druckverlust erfolgen.
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Durch die Bauform ohne Zwischenelemente ist eine homogene Temperaturverteilung in demjenigen Bereich gewährleistet, in dem das zu erwärmende Medium in thermischem Kontakt mit dem Widerstandsheizelement steht.
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Aufgrund der vollisolierten Ausführung des Heizelementes kann der Fluidheizer mit Gleich- oder Wechselspannung betrieben werden. Dabei ist der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Topologie sehr einfach an unterschiedliche Betriebsbedingungen anpassbar - dementsprechend ist der Fluidheizer spannungslagenflexibel und in der Leistung skalierbar ausgeführt.
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Der reduzierte Aufbau und die damit einhergehende geringe thermische Masse gewährleistet ein sofortiges Ansprechen auf die jeweilige Temperatursteuerung (Temperaturerhöhung, Temperaturverringerung), so dass ein energieeffizienter Betrieb ermöglicht ist. Aufgrund der sehr geringen Gesamtmasse des erfindungsgemäßen Fluidheizers ist dieser besonders interessant für Automotiv-Anwendungen.
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Die Flexibilität des Heizelementes erlaubt auch einen Einsatz in einem flexiblen Leitungselement, beispielsweise in einem Schlauch.
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Ein besonderer Vorteil besteht in der hohen Betriebssicherheit, da selbst bei einem lokalen Kurzschluss zwischen benachbarten Abschnitten des Draht-Widerstandsheizelementes der Spannungsabfall über diese Bereiche äußerst gering ist. Hinzu kommt, dass aufgrund der Isolierung des Draht-Widerstandsheizelementes die elektrische Leitfähigkeit des Mediums nicht oder nur in geringem Umfang berücksichtigt werden muss.
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Ein derartiger Fluidheizer lässt sich beispielsweise als kombinierte Tank- und Schlauchheizung einsetzen. Prinzipiell sind auch Niedervolt-Anwendungen für Auftau- und Vorwärmaufgaben realisierbar. Wie erwähnt, kann der Fluidheizer jedoch auch in Hochvolt-Systeme integriert werden. So ist beispielsweise eine Verwendung als Hochvolt-Schlauchheizer möglich. Auch robuste Heizsysteme für Medien mit hohem Eisdruck können nach dem erfindungsgemäßen Konzept ausgeführt werden. Dabei kann man beispielsweise einen herkömmlicherweise verwendeten Schlauch durch ein Rohr ersetzen, das wendelförmig ausgeführt ist und im Medium liegt. Derartige Heizsysteme werden beispielsweise bei Wischwasserbehältern von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, kann der erfindungsgemäße Fluidheizer auch als druckverlustarmer Durchlauferhitzer im Haushaltsbereich verwendet werden.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Heizelement gerade oder wendelförmig oder in sonstiger Weise, beispielsweise mäanderförmig, oder als textiles Flächengebilde ausgebildet und in der Leitung und/oder in dem Reservoir angeordnet.
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In dem Fall, in dem die Leitung oder das Reservoir mit temperaturempfindlichen Wandungen ausgeführt ist, kann ein Stützelement zum Lagepositionieren des Heizelementes vorgesehen werden, so dass ein direkter Kontakt des Widerstandsheizelementes mit der Wandung oder einem sonstigen zu schützenden Bereich/Element ausgeschlossen ist.
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Dieses Stützelement wird bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem temperaturbeständigen Material, vorzugsweise als textiles Flächen- oder Raumgebilde ausgebildet. Ein derartiges Stützelement hat den Vorteil, dass der Druckverlust bei einer Durchströmung minimal ist und der Wärmeübergang von dem Draht-Widerstandsheizelement auf das Medium durch das Stützelement praktisch nicht beeinflusst ist.
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Das zu erwärmende Medium kann ein Nutzmedium, also das direkt zu erwärmende Medium oder aber auch ein Trägermedium sein, über das dann das Nutzmedium mittelbar erwärmt wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Heizelement in einem Leitungs- oder Gehäuseabschnitt aufgenommen, in dem auch das oben genannte Trägermedium angeordnet ist, wobei dann die Wärme von dem Leitungs- oder Gehäuseabschnitt auf das diesen umgebende Nutzmedium übertragen wird.
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Die Leitung kann beispielsweise ein formstabiles Rohr oder aber auch ein flexibler Schlauch sein.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Heizelement von einem Reservoir in eine Anschlussleitung hinein, wobei die flexible Ausgestaltung die Positionierung in dem Übergangsbereich zwischen dem Reservoir und der Anschlussleitung erleichtert.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der Draht aus einer Kupfer- oder Edelstahllegierung und die Isolierschicht aus einem Kunststoff, insbesondere PEEK hergestellt sind.
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Wie eingangs erläutert, kann der Fluidheizer als Tank-, Schlauch-, Rohr- oder Wasserheizer ausgeführt sein oder in eine Strömungsmaschine, beispielsweise eine Pumpe, integriert sein.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Fluidheizer als Tankheizer ausgeführt ist;
- 2 einen Fluidheizer, der in einem starren Rohr eines Durchlauferhitzers angeordnet ist;
- 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1, wobei der Fluidheizer mit einem Stützelement ausgebildet ist;
- 4 einen Fluidheizer, der in einem flexiblen Schlauch angeordnet ist und mittels eines Stützelementes abgestützt ist;
- 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein erfindungsgemäßer Fluidheizer sich von einem Tank in eine Anschlussleitung hinein erstreckt und dabei über ein Stützelement abgestützt ist;
- 6 einen Wasserheizer für Automobil-Anwendungen, wobei ein Schlauch gemäß 4 in einem kompakten Gehäuse angeordnet ist;
- 7 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 6, wobei das Gehäuse durchströmt ist und das Heizelement einen erheblichen Volumenanteil des Gehäuses einnimmt;
- 8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Heizelement in einem mit einem Trägermedium gefüllten Rohr angeordnet ist, von dem dann die Wärme auf ein Nutzmedium übertragen wird, das seinerseits in einem das Rohr aufnehmenden Reservoir angeordnet ist;
- 9 eine Variante, bei der das Heizelement in eine Strömungsmaschine integriert ist und
- 10 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Fluidheizer in einen Wasserhahn, eine Rohrleitung oder dergleichen integriert ist.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein erfindungsgemäßer Fluidheizer 1 zum Erwärmen eines in einem Behälter aufgenommenen flüssigen oder gefrorenen Fluids (Eis), vorzugsweise von Flüssigkeit 2 vorgesehen ist. Dieser Behälter kann beispielsweise ein Tank 4, ein Aquarium, eine Tränke oder dergleichen sein, wobei das Eis aufgetaut oder die Flüssigkeit erwärmt oder auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden soll. Üblicherweise steht bei derartigen Anwendungen die Flüssigkeit 2 still in dem Tank 4, so dass der Volumenstrom in etwa gleich Null ist (die zu- oder abgeführte Flüssigkeitsmenge ist vernachlässigbar). Der Fluidheizer 1 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem spiral- oder wendelförmig gebogenen Draht-Widerstandsheizelement 6 ausgeführt, dessen Endabschnitte 8, 10 aus dem Tank 4 heraus zu einer angedeuteten Stromversorgung 12 geführt sind oder über entsprechende Stromzuführungen mit dieser verbunden sind. Das Draht-Widerstandsheizelement 6, im Folgenden verkürzt Heizelement genannt, besteht gemäß dem Schnitt A-A in 1 aus einem Heizdraht 14, der beispielsweise aus einer Edelstahllegierung ausgeführt ist. Prinzipiell kann anstelle eines derartigen Heizdrahts 14 auch eine Litzenanordnung verwendet werden. Der Heizdraht 14 ist erfindungsgemäß von einer Isolierschicht 16 umgeben, die sich entlang der gesamten Wirklänge des Heizdrahtes 14 erstreckt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Isolierung aus PEEK hergestellt. Die verwendete Materialkombination hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da Edelstahl vergleichsweise preiswert in den vorbestimmten Dimensionen herstellbar und PEEK hydrostabil ist.
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Selbstverständlich können jedoch auch andere Materialien für den Heizdraht 14 oder die Isolierschicht 16 verwendet werden, wobei bei der Auswahl des Materials für die Isolierschicht 16 insbesondere auf eine gute Medienresistenz und geringen Wärmewiderstand geachtet werden sollte. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Durchmesser d des Heizdrahts 14 beispielsweise weniger als 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm, wobei der Durchmesser D von Wendeln 18 des Heizelementes 6 etwa 10 mm bis 12 mm betragen kann. Die Schichtdicke der Isolierschicht 16 wird möglichst gering gewählt - dabei ist jedoch zu beachten, dass die Herstellung sehr dünner Isolierschichten vergleichsweise aufwändig ist, so dass aus Kostengründen ein Kompromiss zwischen Schichtdicke und Herstellpreis angestrebt wird, wobei die Schichtdicke etwas größer als das technisch herstellbare Minimum ist. Selbstverständlich sind auch andere Abmessungen realisierbar.
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Das Heizelement 6 taucht direkt in die Flüssigkeit 2 ein und ist allenfalls über angedeutete Halterungen 20,22 innerhalb oder außerhalb des Tanks 4 lagefixiert, so dass ein direkter thermischer Kontakt zwischen der zu erwärmenden Flüssigkeit 2 und dem Heizelement 6 besteht und somit die Wärmeübertragung mit geringen Wärmeverlusten ermöglicht ist. Dabei kann das gewünschte Temperaturprofil auch zeitlich sehr genau eingestellt werden, da das kompakte, mit wenig Masse ausgeführte Heizelement 6 sehr schnell einem über die Stromversorgung und das zugeordnete Steuergerät vorgegebenen Temperaturprofil folgen kann.
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Der Fluidheizer 1 kann mit Gleichspannung betrieben werden, da durch die PEEK-Isolierschicht 16 gewährleistet ist, dass keine Elektrolyse stattfindet.
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2 zeigt eine Variante eines Fluidheizers 1, bei dem das wendelförmig gebogene Heizelement 6 als Rohrheizer in einem durchströmten Rohr 24 angeordnet ist. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Rohr 24 eines Durchlauferhitzers oder um ein beheiztes Wasserrohr handeln, bei dem das Heizelement 6 als Frostschutz betrieben wird. Die zu erwärmende Flüssigkeit (beispielsweise Wasser) durchströmt das Rohr 24 beispielsweise in Pfeilrichtung und wird durch den direkten Kontakt mit dem wendelförmig gebogenen Heizelement 6 sehr schnell erwärmt. Wie in 2 angedeutet, sind wiederum die Endabschnitte 8, 10 (es ist lediglich der Endabschnitt 10 gezeigt) direkt oder über Stromzuführungen mit der Stromversorgung 12 kontaktiert.
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Dabei kann die Herausführung dieser Endabschnitte (Stromzuführungen, Anschlüsse) 8, 10, wie in 2 dargestellt axial oder aber auch in Radialrichtung durch die Rohrwandung hindurch erfolgen.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 6 direkt in dem Rohr 24 angeordnet. Dies setzt allerdings voraus, dass das Rohrmaterial temperaturbeständig ausgeführt ist. Die mittige Positionierung kann dabei wiederum über geeignete Halterungen 20, 22 gewährleistet sein, wobei allerdings keine komplexe Stützstruktur vorgesehen sein muss, die das Heizelement 6 umfangsseitig umgibt und somit den Wärmeübergang verschlechtert.
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In 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Tank 4 aus einem nicht temperaturbeständigem Material hergestellt, so dass ein direkter Kontakt mit dem Heizelement 6 verhindert werden muss. Hierzu wird ein Stützelement 26 vorgesehen, das den wendelförmigen Wirkbereich des Heizelementes 6 umgreift und so dafür sorgt, dass kein direkter Kontakt des Heizelementes 6 mit der Wandung des temperaturempfindlichen Tanks 4 erfolgt. Das Stützelement 26 kann dabei gitter- oder maschenförmig ausgebildet sein, so dass die Kontaktierung der Flüssigkeit 2 mit dem Heizelement 6 nicht behindert ist. So kann dieses Stützelement 26 beispielsweise als Rundgestrick aus Stahldraht hergestellt sein, in dem der wendelförmige Bereich des Heizelementes 6 über geeignete Halterungen 20 lagepositioniert ist. Im Übrigen entspricht das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel demjenigen aus 1, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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4 zeigt eine Variante, bei der das flexible, wendeförmig gebogene Heizelement 6 mit dem dieses umgreifenden Stützelement 26 in einem flexiblen, durchströmten Schlauch 28 aufgenommen ist, der von der zu erwärmenden Flüssigkeit 2 durchströmt wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch das gitterförmige oder als Rundgestrick oder sonstiges Gewirk ausgeführte Stützelement 26 eine direkte Kontaktierung mit der Schlauchwandung verhindert. Dieser Schlauch 28 kann beispielsweise als Silikonschlauch, als Gewebeschlauch oder dergleichen ausgeführt sein, der bei direktem Kontakt mit dem Heizelement 6 thermisch geschädigt werden könnte - dies wird durch das Stützelement 26 verhindert. Dieses hat dabei eine Doppelfunktion, da es gleichzeitig auch als Knickschutz für den Schlauch 28 wirkt. Der Durchmesser S des Stützelementes 26 ist dann selbstverständlich an den Innendurchmesser des Schlauches 28 angepasst, so dass das Heizelement 6 mit einem hinreichenden Abstand zur Schlauchwandung lagepositioniert ist.
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5 zeigt eine Anwendung, bei der die Konzepte gemäß den 3 und 4 kombiniert sind. Dabei ist die zu erwärmende Flüssigkeit 2 in dem Tank 4 aufgenommen, so dass innerhalb des Tanks 4 der Volumenstrom der Flüssigkeit 2 in erster Näherung gleich Null ist. An diesen Tank 4 ist eine Leitung einer Entnahmeeinheit angeschlossen, wobei die Leitung beispielsweise als Schlauch 28 ausgeführt ist, durch den die Flüssigkeit 2 zur Anwendung geleitet ist. Ein derartiges Konzept lässt sich beispielsweise bei SCR-Tanks oder bei Wischwassertanks oder dergleichen realisieren. Dabei erstreckt sich das Heizelement 6 in der vorbeschriebenen Weise aus dem Inneren des Tanks 4 heraus in den Schlauch 28 hinein, wobei zur Vermeidung einer direkten Kontaktierung mit der Tankwandung oder der Umfangswandung des Schlauches 28 das Heizelement 6 wiederum als flexible Struktur in einem Stützelement 26 aufgenommen ist. Durch entsprechende Formgestaltung dieses Stützelementes 26 kann auch gewährleistet sein, dass sich das Heizelement 6 innerhalb des Tanks 4 entlang vorbestimmter Bereiche erstreckt, so dass die Flüssigkeitserwärmung sehr effektiv sowohl im Tank 4 als auch entlang des Strömungspfades aufrechterhalten werden kann.
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In 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Fluidheizer 1 als Wasserheizer in einem Automobil ausgeführt ist. Dabei ist das Heizelement 6 entsprechend des in 4 dargestellten Konzeptes über ein Stützelement 26 in einem flexiblen Schlauch 28 lagepositioniert, der mäander- oder wellenförmig in einem kompakten Gehäuse 30 aufgenommen ist. Durch diese Schlauchführung ist eine sehr große Wärmeübertragungsfläche/-strecke gewährleistet, so dass die über einen Zulauf 32 zugeführte Flüssigkeit 2 sehr schnell auf Temperatur gebracht werden kann. Die erwärmte Flüssigkeit strömt dann über einen Ablauf 34 aus dem kompakten Gehäuse 30 des Wasserheizers ab.
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Prinzipiell ist es jedoch nicht erforderlich, den Schlauch 28 in der beschriebenen Weise mäander- oder wellenförmig anzuordnen oder in ein Gehäuse zu positionieren. Prinzipiell kann der Fluidheizer 1 gemäß 6 auch direkt in gerader, ausgestreckter Form in eine vorhandene Medienleitung (Schlauch oder Rohr) integriert werden. Dementsprechend kann der Fluidheizer 1 sehr platzsparend in einem Fahrzeug verwendet werden. Auch ist eine nachträgliche Ausrüstung einer Medienleitung mit einer erfindungsgemäßen Fluidheizung möglich.
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In 7 ist eine weitere Variante eines derartigen Fluidheizers 1 gezeigt, bei dem das Heizelement 6 wiederum in einem Gehäuse 30 aufgenommen ist, das einen Zulauf 32 und einen Ablauf 34 für die zu erwärmende Flüssigkeit 2 hat. Dabei ist das Heizelement 6 jedoch nicht, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 6, in einem Schlauch 28 oder einer sonstigen Leitung angeordnet, sondern direkt über das Stützelement 26 oder mehrere Stützelemente in dem vom Gehäuse 30 umgriffenen Innenraum 36 positioniert. Das flexible Heizelement 6 und entsprechend auch das Stützelement 26 sind so ausgebildet und ausgelegt, dass im Wesentlichen der gesamte Innenraum 36 oder zumindest ein überwiegender Teil des Innenraums 36 mit dem Heizelement 6 ausgefüllt ist, so dass eine optimale, schnelle Wärmeübertragung ermöglicht ist. Ein derartiges Konzept lässt sich beispielsweise bei einem Wasserheizer für Automobile, bei einer Wischwasserheizung, bei einer SCR-Heizung oder im Haushalt realisieren.
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Bei den vorbeschriebenen Lösungen ist jeweils das Heizelement 6 direkt in der zu erwärmenden Flüssigkeit 2 positioniert. Bei bestimmten Anwendungen kann es, wie in 8 dargestellt, vorteilhaft sein, wenn diese Erwärmung mittelbar über ein Trägermedium erfolgt. Dabei kann beispielsweise die zu erwärmende Flüssigkeit 2 (Nutzmedium) in dem Tank 4 aufgenommen sein. In diesem ist eine Leitung, beispielsweise ein Rohr 24 positioniert, dessen Rohrwandung aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist und in dem das wendelförmige Heizelement 6 mit dem vorgenannten Trägermedium 38 aufgenommen ist. Der prinzipielle Aufbau entspricht demjenigen in 2. Selbstverständlich kann anstelle dieses vergleichsweise starren Rohrs 24 auch ein flexibler Schlauch 28 zur Führung/Aufnahme des Trägermediums 38 verwendet werden. Die Endabschnitte 8, 10 des Heizelementes 6 sind dann wiederum in der vorbeschriebenen Weise mit einer Stromversorgung 12 (nicht dargestellt) kontaktiert, so dass bei entsprechender Ansteuerung des Heizelementes 6 zunächst das Trägermedium 38 erwärmt wird und die Nutzwärmemenge über die Wandung des Rohrs 24 an das Nutzmedium 2 abgegeben wird. Dementsprechend erfolgt hier eine mittelbare Erwärmung des Nutzmediums.
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Als Trägermedium kann beispielsweise Glysantin oder eine andere Wärmeträgerflüssigkeit, beispielsweise Wärmeträgeröl, verwendet werden. Das Trägermedium kann eine stehende Flüssigkeit sein oder das Rohr 24 durchströmen.
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Anhand 9 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem ein erfindungsgemäßer Fluidheizer 1 mit seinem Heizelement 6 in eine Strömungsmaschine, beispielsweise eine Kreiselpumpe 40, integriert ist. Dabei wird die zu erwärmende Flüssigkeit 2 über einen Sauganschluss 42 zugeführt und mittels eines von einem Motor M angetriebenen Pumpenrads 44 mit Druck beaufschlagt und dann über einen Druckanschluss 46 abgeführt. Das Heizelement 6 ist entsprechend der Darstellung in 9 in dem Bereich eines Pumpengehäuses 48 angeordnet, der an den Druckanschluss 46 angrenzt, so dass die druckbeaufschlagte Flüssigkeit 2 über den Fluidheizer 1 erwärmt wird. Dabei kann das Heizelement 6 mit oder ohne Stützelement 26 positioniert werden. Bei einer derartigen Anwendung wird die ohnehin in der Strömungsmaschine 40 vorhandene Turbulenz zur Verbesserung des Wärmeübergangs genutzt.
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10 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Heizelement 6 des erfindungsgemäßen Fluidheizers 1 in einen Wasserhahn 50 integriert ist, der beispielsweise über ein Ventil 52 absperrbar ist. Dabei kann das Heizelement 6 in ein Rohrstück oder auch in eine Schlauchleitung integriert sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 6 in ein Wasserrohr 24 integriert - prinzipiell ist bei einer derartigen Anwendung kein Stützelement 26 zur Positionierung des wendelförmigen Heizelementes 26 erforderlich. Beim Einsetzen in eine Schlauchleitung wäre entsprechend ein Stützelement 26 vorzusehen, um eine direkte Kontaktierung der Schlauchwandung mit dem Heizelement 6 zu vermeiden.
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Wie erwähnt, kann das Heizelement 6 bei einem Außenhahn eingesetzt werden, um diesen auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen eisfrei zu halten. Bei einer alternativen Haushaltsanwendung ist das Heizelement 6 zum Zwecke der Heißwassererzeugung in eine Rohrleitung oder in einen Schlauch 28 integriert, so dass beispielsweise ein Durchlauferhitzer zum Erwärmen von Nutzwasser (z.B. Teewasser) bereitgestellt wird.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Heizelement 6 jeweils wendel- oder spiralförmig ausgebildet. Wie eingangs erläutert, ist die Erfindung jedoch keinesfalls auf eine derartige Geometrie beschränkt. Die Auslegung des Heizelementes 6 kann entsprechend konstruktiv in Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungsbedingungen erfolgen.
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Offenbart ist ein Fluidheizer mit einem Draht-Widerstandsheizelement, das mit einer Isolierschicht ausgeführt ist, die direkt mit einem zu erwärmenden Medium kontaktiert ist. Das Heizelement kann über ein Stützelement lagepositioniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidheizer
- 2
- Flüssigkeit
- 4
- Tank
- 6
- Draht-Widerstandsheizelement
- 8
- Endabschnitt
- 10
- Endabschnitt
- 12
- Stromversorgung
- 14
- Heizdraht
- 16
- Isolierschicht
- 18
- Wendel
- 20
- Halterung
- 22
- Halterung
- 24
- Rohr
- 26
- Stützelement
- 28
- Schlauch
- 30
- Gehäuse
- 32
- Zulauf
- 34
- Ablauf
- 36
- Innenraum
- 38
- Trägermedium
- 40
- Kreiselpumpe
- 42
- Sauganschluss
- 44
- Pumpenrad
- 46
- Druckanschluss
- 48
- Pumpengehäuse
- 50
- Wasserhahn
- 52
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017119473 A1 [0002]
- EP 2287541 A2 [0003, 0006]
- WO 2018/215546 A1 [0005]
- WO 2018/215541 A1 [0005]
- DE 102017121063 A1 [0005]
- DE 102008034815 A1 [0007]
- EP 3212907 B1 [0009]
- WO 2014/138742 A1 [0010]
- US 2582341 [0010]
