-
Die
Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Derartige
rohrförmige Durchlauferhitzer werden beispielsweise zum
sehr schnellen Erwärmen von kleineren Wassermengen, beispielsweise
bei Kaffeeautomaten verwendet, wobei diese mit einer vergleichsweise
hohen elektrischen Leistung – etwa 2 KW – ausgelegt
sein können.
-
In
der
EP 1 529 470 A1 der
Anmelderin ist ein Durchlauferhitzer gezeigt, bei dem ein Heizelement, im
vorliegenden Fall ein PTC-Heizelement in ein Strangpressprofil eingesetzt
ist, in dem ein Strömungskanal für das zu erwärmende
Fluid ausgebildet ist. Beim Durchströmen des Strangpressprofils wird
dieses Fluid dann über das Heizelement in vergleichsweise
kurzer Zeit auf die gewünschte Temperatur, beispielsweise
die Brühtemperatur des Kaffees, erwärmt. Nachteil
einer derartigen Lösung ist, dass ein vergleichsweise großer
Aufwand für die Herstellung des Strangpressprofils und
die Integration des PTC-Widerstandselementes in das Strangpressprofil
erforderlich ist.
-
Der
Aufbau eines Rohrheizkörpers ist beispielsweise aus der
DE-OS 1 765 324 bekannt.
Demgemäß haben derartige Rohrheizkörper
einen Rohrmantel, in den beispielsweise eine Heizspirale eingesetzt
ist, wobei der verbleibende Innenraum des Rohrmantels mit einer
isolierenden Füllung gefüllt ist, die einen elektrischen
Durchschlag von der Heizspirale zum Rohrmantel verhindert. Die stirnseitigen
Endabschnitte des Rohrheizkörpers sind bei dieser bekannten
Lösung über eingepresste Dichtstopfen verschlossen.
-
Die
EP 1 681 906 B1 der
Anmelderin zeigt einen Heizkörper, bei dem ein PTC-Heizelement, ähnlich
wie bei der eingangs beschriebenen Lösung, in ein Strangpressprofil
eingesetzt und mit diesem verpresst ist.
-
Aus
der
DE-AS 1 074 773 ist
ein ähnlich aufgebauter Rohrheizkörper bekannt,
bei dem in einem Profilkörper eine Vielzahl von Drahtwiderstandselementen
angeordnet ist.
-
Bei
einfacheren Lösungen ist der Durchlauferhitzer mit einem
Rohrheizkörper ausgebildet, der achsparallel in Anlage
an ein von dem aufzuwärmenden Fluid durchströmtes
Durchflussrohr anliegt – diese Lösung hat zwar
einen sehr einfachen Aufbau, aufgrund der relativ geringen Anlagefläche
zwischen dem Rohrheizkörper und dem Durchflussrohr ist
die Wärmeaustauschfläche jedoch vergleichsweise
gering, so dass die Wärmeverluste erheblich sind.
-
Es
sind auch Lösungen bekannt, bei denen der Rohrheizkörper
und das Durchflussrohr – ähnlich wie bei der zuvor
beschriebenen Lösung – in ein weiteres Profil
eingesetzt und mit diesem verpresst werden. Eine derartige Lösung
erfordert – ebenfalls einen erheblichen vorrichtungstechnischen
und fertigungsstechnischen Aufwand.
-
Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer
zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat und mit geringem fertigungstechnischen
Aufwand herstellbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Durchlauferhitzer mit der Merkmalskombination
des Anspruches 1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Beim
erfindungsgemäßen Konzept besteht der Durchlauferhitzer
aus einem von dem zu erwärmenden Fluid durchströmten
Durchflussrohr und einem damit thermisch kontaktierten Rohrheizkörper, der
einen Rohrmantel und ein darin angeordnetes Heizelement aufweist.
Erfindungsgemäß ist das Durchflussrohr abschnittsweise
in den Rohrmantel des Rohrheizkörpers eingesetzt oder – in
kinematischer Umkehr – der Rohrmantel des Rohrheizkörpers in
das Durchflussrohr eingesetzt. Dabei sind die Achsen des Rohrmantels
und des Rohrheizkörpers versetzt, vorzugsweise im Parallelabstand
zu einander, angeordnet.
-
Dieser
Axialabstand beträgt vorzugsweise weniger als der Durchmesser
des Durchflussrohrs oder des Rohrheizkörpers.
-
Ein
derartiger Durchlauferhitzer hat einen äußerst
einfachen Aufbau, da keine zusätzlichen Bauelemente, beispielsweise
das aus dem eingangs beschriebenen Stand der Technik bekannte zusätzliche
Strangpressprofil, erforderlich sind, so dass der vorrichtungstechnische
Aufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen
erheblich verringert ist und dabei auch zur Herstellung des Durchlauferhitzers
ein geringer verfahrenstechnischer Aufwand erforderlich ist, da
lediglich ein Rohr in das jeweils andere Rohr eingesetzt und mit
diesem kraft-, stoff- und/oder formschlüssig verbunden
werden muss.
-
Durch
die erfindungsgemäße Konfiguration ist bei kompaktem
Aufbau ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet,
da durch das Einsetzen des Durchflussrohrs in den Rohrheizkörper
oder des Rohrheizkörpers in das Durchflussrohr eine vergleichsweise
große Wärmeaustauschfläche geschaffen
wird, und das Fluid entlang einer vergleichsweise kurzen Durchflussstrecke
und in sehr kurzer Zeit auf Temperatur gebracht werden kann.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das umgriffene
Rohr – im Folgenden auch Innenrohr genannt – so
ausgebildet, dass es sich mit einem Mantelbereich abschnittsweise
einen Umfangsabschnitt des umgreifenden Rohrs – im Folgenden
auch Außenrohr genannt – zu einem geschlossenen
Rohrquerschnitt ergänzt.
-
Es
wird bevorzugt, wenn das Innenrohr einen kreisförmigen
Querschnitt hat, der abschnittsweise derart verformt ist, dass sich
ein konkaver, den Umfangsabschnitt des Außenrohrs ergänzender
Mantelbereich ergibt.
-
Der
konkave Mantelbereich erstreckt sich vorzugsweise über
einen Umfangswinkelbereich von mehr als 30°, so dass eine
sehr große Wärmeaustauschfläche gewährleistet
ist.
-
Bei
einer Variante der Erfindung ist das Innenrohr im Querschnitt etwa
nierenförmig ausgebildet.
-
Wie
bereits oben erwähnt, kann das Innenrohr mit dem Außenrohr
form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sein.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel liegt das Außenrohr über
einen Umfangswinkelbereich von mehr als 180° an einem Außenumfangsabschnitt
des umgriffenen Rohrs an, so dass dieses in Radialrichtung lagefixiert
ist.
-
Bei
einer besonders einfach aufgebauten Variante der Erfindung ist das
umgreifende Rohr im Querschnitt etwa achtförmig eingezogen/tailliert.
-
Wie
bereits erwähnt, wird es bevorzugt, wenn das Innenrohr
das Durchflussrohr und das Außenrohr ein Rohrmantel des
Rohrheizkörpers ist.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Rohrheizkörper
ein Heizelement und einen Rohrmantel, wobei diese über
eine Füllung, beispielsweise aus Magnesiumoxid, beabstandet
sind. Die Einheit mit der Füllung ist vorzugsweise verpresst.
-
Zur
Abdichtung des Rohrheizkörpers können Dichtelemente
vorgesehen sein, die in einen Querschnitt eingesetzt sind, der vom
Durchflussrohr und vom Rohrmantel des Rohrheizkörpers gemeinsam gebildet
ist.
-
Bei
einer Variante der Erfindung erstreckt sich das Durchflussrohr in
Axialrichtung beidseitig über den Rohrheizkörper
hinaus, wobei die axial überstehenden Endabschnitte mit
einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind.
-
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers;
-
2 eine
Draufsicht auf den Durchlauferhitzer aus 1 und
-
3 einen
Schnitt entlang der Linie A-A in 1.
-
1 zeigt
eine Seitenansicht eines Durchlauferhitzers 1, der im Prinzip
aus einem Rohrheizkörper 2 und einem dazu achsparallel
angeordneten Durchflussrohr 4 besteht, das in den Rohrheizkörper 2 eingesetzt
ist.
-
Wie
sich insbesondere aus dem Schnitt A-A gemäß 3 ergibt,
hat der Rohrheizkörper 2 ein elektrisches Heizelement,
beispielsweise eine aus einem Widerstandsrad bestehende Heizspirale 6,
die in einen Rohrmantel 8 eingesetzt ist, wobei der Innenraum
des Rohrmantels 8 in an sich bekannter Weise mit einer
Füllung 10, vorzugsweise aus verdichtetem MgO
gefüllt ist. Insofern unterscheidet sich der Rohrheizkörper 2 im
Grundaufbau nicht von den eingangs genannten Lösungen.
Durch diese Füllung 10 ist auch die Radialposition
der Heizspirale 6 festgelegt.
-
Wie
sich aus der Schnittdarstellung A-A in 3 ergibt,
ist der Rohrmantel 8 nicht wie bei den herkömmlichen
Lösungen mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgeführt,
sondern weist einen etwa achtförmigen Querschnitt auf,
mit einer in der Darstellung gemäß 3 etwa
mittigen Taillierung 12, an die sich beidseitig kreissegmentförmige
Rohrabschnitte 14, 16 anschließen. Der
in 3 linke Rohrabschnitt 16 umgreift abschnittsweise
das Durchflussrohr 4, das einen nierenförmigen
Querschnitt aufweist. Dieser wird dadurch ausgebildet, dass ein kreisförmiges
Rohr entlang eines Abschnitts durch Prägen oder einen sonstigen
Umformvorgang mit einer konkaven Einwölbung 18 ausgeführt
wird, deren Radius dem Radius des Rohrabschnitts 14 entspricht,
so dass sich die konkave Einwölbung 18 und der
Rohrabschnitt 14 zu einem im Wesentlichen geschlossenen
Rohrprofil ergänzen. Die Taillierung 12 erstreckt
sich in Radialrichtung bis zu dieser konkaven Einwölbung 18 hin,
so dass der linke Rohrabschnitt 16 sich um mehr als 180° um
den Außenumfang des Durchflussrohrs 4 herum erstreckt
und dieses form- und kraftschlüssig einschließt.
Diese Taillierung 12 kann ebenfalls durch Prägen
ausgebildet werden. Dazu wird ein zunächst elliptisches
oder kreisförmiges Rohrmantelprofil vorgesehen, in dieses
das bereits mit der Einwölbung 18 ausgeführte Durchflussrohr 4 eingesetzt
und anschließend durch Prägen die Taillierung 12 hergestellt,
so dass das Durchflussrohr 4 innerhalb des Rohrmantels 8 lagefixiert
ist und des Weiteren ein zylindrischer Aufnahmeraum für
die Heizspirale 6 geschaffen ist.
-
Nach
dem Einsetzen der Heizspirale 6 in den umfangsseitig vom
Rohrmantel 8 und von dem Durchflussrohr 4 begrenzten
Aufnahmeraum wird der Ringspalt zwischen der Heizspirale 6 und
der Umfangswandung mit MgO ausgefüllt und diese Einheit dann
verpresst, so dass zum einen die Heizspirale 6 in ihrer
vorbestimmten Relativposition axial im Aufnahmeraum angeordnet ist
und die sonstigen Bauelemente flächig aneinanderliegen.
Bei diesem Verpressen kann auch die oben beschriebene Taillierung 12 hergestellt
werden. Mit diesem Verpressvorgang geht auch eine Verdichtung der
MgO-Füllung einher.
-
Gemäß der
Darstellung in 3 ist der Achsabstand A zwischen
der Rohrheizkörperachse und der Durchflussrohrachse geringer
als der sich ergebende Durchmesser D des Rohrheizkörpers
und d (siehe 1) des Durchflussrohrs 4 (ohne
Einwölbung 18).
-
Gemäß 1 ist
der Rohrmantel 8 mit einer Axiallänge L ausgebildet.
Das Durchflussrohr 4 steht beidseitig in Axialrichtung über
die beiden Stirnseiten 20, 22 des Rohrmantels 8 hinaus.
Die stirnseitige Abdichtung des Rohrheizkörpers 2 erfolgt über
Dichtelemente 24, 26, die in den Kreiszylinder,
der vom Rohrabschnitt 14 und von der konkaven Einwölbung 18 begrenzt
ist, eingesetzt sind. Gemäß der Darstellung in 2 sind
die Dichtelemente 24, 26 beim dargestellten Ausführungsbeispiel
so ausgebildet, dass sie die jeweiligen Stirnseiten 20, 22 überdecken.
-
Durch
die Dichtelemente 24, 26 hindurch erstrecken sich
des Weiteren die elektrischen Anschlüsse 28, 30 zur
Bestromung der Heizspirale 6. Die konkave Einwölbung 18 des
Durchflussrohres 4 erstreckt sich in Axialrichtung über
die Dichtelemente 24, 26 hinaus und läuft
dann kontinuierlich in den Rohrquerschnitt mit dem Durchmesser d
aus. Die zylindrischen Endabschnitte 32, 34 des
Durchflussrohrs 4 sind an eine Zu- bzw. Ableitung für
das aufzuheizende Fluid angeschlossen.
-
Ein
Vorteil des beschriebenen Durchlauferhitzers 2 besteht
darin, dass durch die konkave Einwölbung 18 und
das Umschließen des Durchflussrohrs 4 mittels
des Rohrmantels 8 eine vergleichsweise große Wärmeaustauschfläche
gebildet ist, die eine effektive Erwärmung des aufzuheizenden
Fluids ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß reicht
es aus, wenn das Durchflussrohr 4 und der Rohrheizkörper 2 durch Umformen
mit einander verbunden sind. Sollte dies nicht ausreichen, so kann
zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise
durch Kleben, Löten, Schweißen oder dergleichen
erfolgen.
-
Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Durchflussrohr 4 vorzugsweise
aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise
aus Edelstahl hergestellt. Der Rohrmantel 8 des Rohrheizkörpers 2 kann
aus einem im Hinblick auf die Umformung optimierten Material bestehen.
Als geeignet hat sich beispielsweise ein Rohrmantel 8 aus
Kupfer herausgestellt.
-
Bei
der Verwendung als Durchlauferhitzer für einen Kaffeeautomaten
beträgt die installierte Leistung etwa 2 KW, wobei die
Ansteuerung der Heizspirale 6 über die Steuerelektronik
des Kaffeeautomaten erfolgt. Natürlich ist der Durchlauferhitzer
auch für andere Anwendungen, bspw. bei Laborgeräten
geeignet. Anstelle der Heizspirale kann auch ein anders geeignetes
Heizelement, beispielsweise ein PTC-heizlement verwendet werden.
-
Offenbart
sind ein Durchlauferhitzer und ein Verfahren zum Herstellen eines
derartigen Durchlauferhitzers, wobei ein Durchflussrohr in einen
Rohrmantel eines Rohrheizkörpers eingesetzt ist. In kinematischer
Umkehr ist es auch möglich, den Rohrheizkörper
in das Durchflussrohr einzusetzen.
-
- 1
- Durchlauferhitzer
- 2
- Rohrheizkörper
- 4
- Durchflussrohr
- 6
- Heizspirale
- 8
- Rohrmantel
- 10
- Füllung
- 12
- Taillierung
- 14
- Rohrabschnitt
- 16
- Rohrabschnitt
- 18
- konkave
Einwölbung
- 20
- Stirnseite
- 22
- Stirnseite
- 24
- Dichtelement
- 26
- Dichtelement
- 28
- elektrischer
Anschluss
- 30
- elektrischer
Anschluss
- 32
- zylindrischer
Endabschnitt
- 34
- zylindrischer
Endabschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1529470
A1 [0003]
- - DE 1765324 A [0004]
- - EP 1681906 B1 [0005]
- - DE 1074773 [0006]