DE19651088A1 - Heizblock für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizblock, insbesondere für einen elektrisch beheiz­ ten Durchlauferhitzer, mit einem Gehäuse, in dem ein Wasserströmungskanal zwischen ei­ nem Wasserzulauf und einem Wasserauslauf mit mehreren Wasserumlenkstellen zur Füh­ rung des Wassers durch den Heizblock ausgebildet ist, das durch im Wasserströmungskanal angeordnete Heizelemente beheizbar ist, und einen entsprechend ausgebildeten Durchlauf­ erhitzer.

Ein derartiger Heizblock ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 03 692 A1, wobei der Heizblock in einem elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit Blankdraht- Heizwendeln Verwendung findet, die in vertikal verlaufenden, vom aufzuheizenden Wasser nacheinander gegenläufig durchströmten Kanalabschnitten eines in Schleifen mäanderför­ mig verlaufenden Wasserströmungskanals angeordnet sind. Der Heizblock umfaßt einen Kanalkörper aus Vollmaterial, dessen Kanalabschnitte durch zahlreiche parallele, den Kanal­ körper vollständig durchdringende Bohrungen gebildet sind. An den Stirnseiten ist der Kanal­ körper durch einen Deckel- und einen Bodenteil verschlossen. Im Deckel- bzw. im Bodenteil wird das jeweils aus der Stirnseite des Kanalkörpers aus den Bohrungen austretende Was­ ser um 180° von einer Bohrung in die nächste umgelenkt. Diese mäanderförmige Art der Wasserführung ist mit relativ großen Strömungsverlusten behaftet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizblock bzw. einen Durchlauferhitzer be­ reitzustellen, der geringe Strömungsverluste aufweist.

Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem Heizblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 der Wasserströmungskanal spiralförmig verläuft. Durch die spiral­ förmige Ausbildung anstelle der mäanderförmigen sind die im Stand der Technik auftreten­ den Wasserumlenkstellen, in denen das Wasser innerhalb einer kurzen Wegstrecke um 180° umgelenkt wird, vermieden. Als Folge sind die durch das Umlenken von Wasser bedingten Strömungsverluste und die daraus regulierenden Strömungsgeräusche deutlich reduziert.

Vorteilhafterweise verläuft der Wasserströmungskanal in Form einer Rechteck-Spirale. Dies entspricht in sehr günstiger Weise der üblichen quaderförmigen Gehäuseform des Heiz­ blockes, wodurch das Volumen des Heizblockes optimal zur Wasserführung und -beheizung genutzt werden kann. Eine weniger günstige Ausnutzung des Heizblockvolumens ist dage­ gen mit einer Kreis-Spiralform möglich, in der allerdings die Strömungsverluste und damit die Strömungsgeräusche im Vergleich zur Rechteck-Spiralform aufgrund der geometrisch glatter und gleichmäßiger verlaufenden Wasserführung geringer sind. Bei der Kreis-Spiralform kann jedoch die Beabstandung der Heizelemente, insbesondere bei der Verwendung von Blank­ draht-Heizwendeln, von der Innenwandung des Wasserströmungskanals problematischer sein. Abhängig von den jeweiligen Anforderungen ist auch eine Dreieck-Spiralform möglich, bei der die Strömungsverluste aufgrund der 120°-Wasserumlenkstellen jedoch noch größer sind als die der Rechteck-Spiralform mit ihren jeweiligen 90°-Wasserumlenkstellen.

Fertigungs- und montagetechnisch ist die Spiralform des Wasserströmungskanals beson­ ders günstig realisierbar, wenn das Gehäuse aus Kunststoff ist und durch mindestens zwei Gehäuseschalen gebildet ist, die, mit korrespondierenden Anlageflächen aneinander liegend, miteinander dicht verbunden sind und zwischen sich den Wasserströmungskanal bilden. Dies führt sowohl zu einer Materialersparnis als auch zu geringeren Materialspannungen wegen der gleichmäßigen Wandstärken im Heizblock bei dessen Herstellung im Vergleich zum bekannten Heizblockaufbau mit Kanalkörper und Deckel- sowie Bodenteil gemäß dem Stand der Technik. Zudem ist aufgrund der offenen Schalentechnik die Herstellung eines spiralförmigen Wasserströmungskanals im Heizblock problemlos möglich. Alternativ ist es auch möglich, daß der Heizblock aus mehren rohrförmigen Heizmodulen gemäß der Offenbarung in der deutschen Patentschrift DE 42 11 590 C1 gebildet ist, wobei in erfinderischer Abwandlung davon die Heizmodule, eine Spiralform bildend, aneinander geflanscht sind. Die Aufbau- und Verbindungstechnik dieser Heizmodultechnik ist jedoch vergleichsweise aufwendig.

Auf zusätzliche Verbindungs- und Dichtungselemente kann verzichtet werden, wenn die Ge­ häuseschalen durch Schweißen miteinander verbunden sind. Dies ist fertigungs- und monta­ getechnisch besonders einfach. Aufgrund der Größe des Heizblockes bzw. der Gehäuse­ schalen ist hierfür insbesondere die Reibschweißtechnik geeignet. Aufgrund der spi­ ralförmigen Ausbildung des Wasserströmungskanals kann im Unterschied zur mäander­ förmigen Ausbildung des Wasserströmungskanals unter Vermeidung von Doppelschweiß­ nähten mit wenig Platzaufwand eine entlang des Wasserströmungskanals durchgehende, bzw. nicht unterbrochene Schweißnaht ausgebildet werden. Dies erhöht die Stabilität des aus zwei Gehäuseschalen durch Verschweißen gebildeten Heizblockes.

Um eine Überhitzung des Heizblockes im Inneren der Spirale zu vermeiden, ist der Wasser­ auslauf an einem äußeren Endabschnitt des Wasserströmungskanals angeordnet. Dies ist zudem vorteilhaft, da bei der Verwendung von Blankdraht-Heizwendeln am Auslauf eine län­ gere Isolationsstrecke bereitgestellt werden muß als am kalten Wasserzulauf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Heizelemente als Heizwendeln ausge­ bildet. Dadurch ist ein optimaler Wirkungsgrad bezüglich der Wärmeübertragung vom Heiz­ element auf das Wasser gewährleistet. Bezüglich Fertigung und Lagerung ist es besonders günstig, wenn die Heizwendeln identisch sind und insbesondere im vollständig gestreckten Zustand jeweils die gleiche Länge aufweisen, die Drahtlängen der Heizwendeln also identisch sind. Auch stellt dies das Optimum bezüglich der Verwechslungssicherheit bei der Montage der Heizwendeln in dem Heizblock dar. Um den Wasserströmungskanal möglichst kurz bzw. die Aufheizgeschwindigkeit des Wassers möglichst groß zu gestalten, sind die Heizwendeln vorteilhafterweise in dem Wasserströmungskanal im wesentlichen unmittelbar hintereinander ohne unbeheizte, sich zwischen den Heizwendeln erstreckende Zwischen­ volumen angeordnet. Die Verkalkung im Wasserströmungskanal ist dabei besonders gering, wenn die Wendelsteigung im Bereich des heißen Wassers am Wasserauslauf größer ist als im Bereich des kalten Wassers am Wasserzulauf. Bekanntlich nimmt die Verkalkungs­ neigung mit zunehmender Wassertemperatur zu. Überraschend wurde festgestellt, daß durch eine entsprechende Vergrößerung der Wendelsteigung zum Wasserauslauf hin der Kalkentstehungseffekt im Wasserströmungskanal deutlich herabsetzbar ist.

Um die elektrische Verschaltung der Heizelemente vereinfachen zu können, ragen bevorzug­ terweise Anschlußelemente der in dem Wasserströmungskanal angeordneten Heizelemente in zumindestens einem räumlich begrenzten Bereich angeordnet aus dem Gehäuse. So können beispielsweise sehr kurze Verbindungsbrücken zwischen den Anschlußelementen verwendet werden.

Nachfolgend ist anhand schematischer Darstellungen ein Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Heizblockes, insbesondere für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung den Heizblock,

Fig. 2 in einer Draufsicht eine untere Schale des Heizblockes von Fig. 1,

Fig. 3 den Heizblock in einer Schnittdarstellung im wesentlichen entlang der Linie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 in stark vergrößertem Maßstab in einer Schnittdarstellung die untere Schale des Heizblockes abschnittsweise entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 mit hinzugefügter abschnittsweise dargestellter oberer Schale des Heizblockes vor deren Verschweißen.

Ein Heizblock 1 für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer (nicht gezeigt) weist ein qua­ derförmiges Gehäuse 3 aus Kunststoff zum Einbau in den Durchlauferhitzer auf. Dieses ist aus einer flachen oberen Gehäuseschale 5 und einer entsprechend ausgebildeten unteren Gehäuseschale 7 gebildet. Die beiden Schalen 5, 7 liegen in einer Trennebene 9 in sich über die gesamte Fläche der Schalen 5, 7 erstreckenden Anlageflächen 11 dicht und druckfest miteinander verbunden aneinander (Fig. 3). Zwischen einem stutzenförmigen Wasserzulauf 13, der sich aus der Oberseite der oberen Schale 5 nach oben erstreckt und einem eben­ falls stutzenförmigen Wasserauslauf 15, der je zur Hälfte durch die obere Schale 5 und durch die untere Schale 7 gebildet ist, ist ein rechteck-spiralförmiger Wasserströmungskanal 17 gebildet (Fig. 2). Der Wasserzulauf 13 und der Wasserauslauf 15 sind an entsprechende Wasserrohre des Durchlauferhitzers anschließbar (nicht gezeigt).

An Wasserumlenkstellen 18 ist der Verlauf des Wasserströmungskanals 17 jeweils etwa rechtwinkelig (Fig. 2). Der Wasserströmungskanal 17 verläuft in der Trennebene 9 und ist durch eine obere Kanalhälfte 19 und durch eine untere Kanalhälfte 21 gebildet, die jeweils rinnenförmig in der oberen Gehäuseschale 5 bzw. in der unteren Gehäuseschale 7 spiral­ förmig verlaufen. Der Wasserströmungskanal 17 ist dabei in der Trennebene 9 beidseits durch ebenfalls spiralförmig verlaufende Kanaltrennwände 23 begrenzt. Die dichte und druckfeste Verbindung zwischen den beiden Gehäuseschalen 5, 7 ist durch das Ver­ schweißen dieser in der Trennebene 9 beidseits in ausgewählten Verbindungsflächen 25 (Fig. 4), die Teilflächen der Anlageflächen 11 sind, realisiert.

Vor dem Verschweißen der Gehäuseschalen 5, 7 werden in den Wasserströmungskanal 17 drei an sich bekannte identische Blankdraht-Heizwendeln 27, 29, 31 (in Fig. 2 stark verein­ facht dargestellt und in Fig. 3 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt) jeweils U-förmig in den Wasserströmungskanal 17 bzw. in die untere Kanalhälfte 21 der unteren Schale 7 eingelegt. Die strömungstechnisch erste Heizwendel 27 ist in der Nähe des Was­ serzulaufes 13 angeordnet, unmittelbar daran anschließend sind die zweite Heizwendel 29 und die dritte Heizwendel 31 gemäß Fig. 2 angeordnet. Durch die spezielle Anordnung der Heizwendeln 27, 29, 31 gemäß Fig. 2 nimmt die Länge, über die sich die jeweilige Heiz­ wendel im Wasserströmungskanal erstreckt, vom Wasserzulauf 13 zum Wasserauslauf 15 zu. Da die gestreckten Drahtlängen der drei Heizwendeln 27, 29, 31 gleich groß gewählt sind, nimmt die Wendelsteigung von der ersten Heizwendel 27 zur zweiten Heizwendel 29 und von der zweiten Heizwendel 29 zur dritten Heizwendel 31 jeweils zu. Damit wird der mit zunehmender Wassertemperatur in Richtung auf den Wasserauslauf 15 zu steigenden Nei­ gung zur Verkalkung des Wasserströmungskanals 17 entgegengewirkt. Zwischen der ersten Heizwendel 27 und dem Wasserzulauf 13 sowie der dritten Heizwendel 31 und dem Wasser­ auslauf 15 ist jeweils aus sicherheitstechnischen Gründen eine elektrische Isolationsstrecke 32 vorgesehen (Fig. 2). Zur Fixierung der Heizwendeln 27, 29, 31 in dem Wasserströmungs­ kanal 17 ragen Anschlußstifte 33 um 90° aus der Trennebene 9 abgewinkelt aus entspre­ chenden Öffnungen der unteren Gehäuseschale 7 (Fig. 2, 3). Durch die gemäß Fig. 2 ge­ wählte Anordnung der Heizwendeln 27, 29, 31 liegen die Anschlußstifte 33 in zwei Bereichen jeweils gering voneinander beabstandet, was die diesbezügliche elektrische Anschluß­ technik im Durchlauferhitzer vereinfacht.

In Fig. 4 ist in vergrößertem Maßstab die durch die obere und untere Gehäuseschale 5, 7 gebildete Kanaltrennwand 23 vor dem Schweißvorgang dargestellt. In der oberen Schale 5 ist an einem unteren Endabschnitt der Kanaltrennwand 23 ein Federprofil 37 und in der unte­ ren Schale 7 ist an einem oberen Endabschnitt der Kanaltrennwand 23 ein entsprechendes Nutprofil 39 ausgebildet. Das T-förmige Federprofil 37 sitzt mit seinem Fuß 41 unmittelbar vor Beginn des Schweißvorganges auf der Oberseite eines Sockels 43 des E-förmigen Nut­ profils 39. Durch Reiben des Fußes 41 an dem Sockel 43 unter Druck entsteht in diesem Be­ reich die dichte und stabile Schweißverbindung zwischen den beiden Schalen 5, 7, wobei der dabei entstehende Schweißaustrieb in dem beidseits des Sockels 43 angeordneten Nuten 45 Aufnahme findet.

Claims (11)

1. Heizblock, insbesondere für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, mit einem Gehäuse, in dem ein Wasserströmungskanal zwischen einem Wasser­ zulauf und einem Wasserauslauf mit mehreren Wasserumlenkstellen zur Führung des Wassers durch den Heizblock ausgebildet ist, das durch im Wasserströmungskanal angeordnete Heizelemente beheizbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wasserströmungskanal (17) spiralförmig verläuft.

2. Heizblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser­ strömungskanal (17) rechteck-spiralförmig verläuft.

3. Heizblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ häuse (3) durch mindestens zwei Gehäuseschalen (5, 7) gebildet ist, die, mit korrespondierenden Anlageflächen (11) aneinander liegend, miteinander dicht verbunden sind und zwischen sich den Wasserströmungskanal (17) bilden.

4. Heizblock nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse­ schalen (5, 7) durch Schweißen miteinander verbunden sind.

5. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasserauslauf (15) an einem äußeren Endabschnitt des Wasserströmungskanals (17) angeordnet ist.

6. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizelemente als Heizwendeln (27, 29, 31) ausgebildet sind.

7. Heizblock nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendeln (27, 29, 31) im gestreckten Zustand jeweils die gleiche Länge aufweisen.

8. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizwendeln (27, 29, 31) in dem Wasserströmungs­ kanal (17) im wesentlichen unmittelbar hintereinander angeordnet sind.

9. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wendelsteigung von einer Heizwendel zur in Strö­ mungsrichtung nächsten Heizwendel zunimmt.

10. Heizblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Anschlußelemente (33) der in dem Wasserströmungskanal (17) angeordneten Heizelemente (27, 29, 31) in zumindest einem räumlich begrenzten Bereich angeordnet aus dem Gehäuse (3) ragen.

11. Durchlauferhitzer mit einem Heizblock nach einem der Ansprüche 1 bis 10.