DE2804749A1

DE2804749A1 - Durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE2804749A1
Application number: DE19782804749
Authority: DE
Inventors: Hanno Roller
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1978-02-04
Filing date: 1978-02-04
Publication date: 1979-08-09
Also published as: DE2804749C3; DE2804749B2

Description

Durchlauferhitzer
Die Erfindung betrifft Durchlauferhitzer mit mindestens einem Heizelen.ent und mit einem Wasserdurchlaufkanal, wobei das Heizelement bzw. die Heizelemente und der Wasserdurchlaufkanal in wärmeleitender Verbindung stehen. Insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich bezieht die Erfindung sich auf einen Durchlauferritzer dieses Aufbaus, wie er als Verdampfer in Getränkezubereitungsmaschinen wie Kaffeemaschinen od. dgl. eingesetzt wird. Durchlauferhitzer dieses Aufbaus werden aber außerdem auh für zahlreiche Anvendungsfälle und in verschiedensten Leistungsbereichen eingesetzt.
Bei octen (aus der Praxis) bekannten Durchlauferhitzern der erläuterten Gattung besteht das Heizelement aus einem elektrischen Rohrheizkörper, der mit dem als metallisches Rohr ausgeführten Wasserdurchlaufkanal zur Herstellung der wärmeleitenden Verbindung verlotet bzw. verschweißt ist oder überhaupt innerhalb des Wasserdurchlaufkanals angeordnet ist.
Ublicherweise ist ein Temperaturregler vorgesehen, der die Stromzufuhr unterbricht, wenn der Wasservorrat aufgebraucht ist. Zusätzlich wird ein Uberhitzungsschutz in Form einer Temperaturschmelzsicherung vorgesehen, u ini Falle es Trozkengehens eine Zerstörung des Gehäuses, das üblicherweise aus Kunststoff besteht, zu verhüten.
Bei dieser bekannten Ausführungsform wird ein thermuscher Wirkungsgrad erreicht, der nach nicht voll befriedibt, insbosondere ist der Wärmeübergang zwischen Heizelement und Wasserdurchlaufkanal verbesserungsbedürftig. Es kommt hinzu, daß diese bekannten elektrischen Widerstandsheizelemente hinsichtlich Herstellung und Montage im Gerät verhältnismäßig aufwendig sind. Dre dadurch verursachte Kostenaufwand erweist sich vorallem bei Haushaltgeräten kleiner und mittlerer Leistung als erheblich, die regelmäßig in beträchtlichen Stücksahlen gebaut werden und bei denen folglich eine Kostensenkung besonders anzustreben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer der eingangs beschriebenenGattung anzugeben, der sich durch vertesserten thermlschen Wirkungsgrad auszeichnet und eine einfache, kostengünstige Herstellung und Montage erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Durchlauferhitzer, der gekennzeichnet ist durch einem Aufbau sich einer im wesentlichen zylinderförmigen Anirdnung ergänzelen Zylindersektoren, wobei die Zylindersektoren durch einen Zylindermantel umfagsseitig miteinander vrespannt sind und wobei das Hiezelement bzw. die Heizelemente zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Heiplattensegmente angeordnet sind und wobei der Wasserdurchlaufkanal aus Längsausnehmungen der Zylindersektoren besteht, die außenseitig gängig miteinander verbunden sin.
Wasserdurchlaufkanal wird damit vorgesehen, den Durchlauferhitzer in Form eines kompakten Grundkörpers zu erstellen, der im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und seinerseits aus einer Mehrzahl von Zylindersektoren zusamrengesetzt ist. Zwischen den Zylindersektoren, d.h. an deren einander zugewandten Flächen anliegend sind die Heizelemeijte angeordnet, und über die ganze Länge der Zylindersektoren erstreckt sich - üblicherweise parallel zur Längsachse der ganzen anordnung -zumindest je eine Längsausn@hrung. Die ganze Anordnung ist in noch zu erläuternder Weiese verspannt, so daß'die Hiezelemente per Flächenpressung anoden Zylindersektoren andiegen und folglich in vorzüglichen Wärnekontakt dieren und damit mit dem die Längsaunehmungen durchströmenden Wasser stehen. Die Zylindersektoren, aus denen der Durchlauferhitzer zusammengesetzt ist, sind geometrisch äußert einfach gestaltet, außercem lässt sich ein Durchlauferhitzer aus Sektoren ein und 3erselberl Gestalt zusammensetzen. Damit wird eine außerordentliche rationelle Fertigung ermöglicht, zumal die Zylindersektoren, die vorzugsweise aus einem £ut wärmeleitenden Metall wie Aluminium bzw.
einer Aluminium-Legierung bestehen, ohne weiteres als Gussteil oder als Abschnitte von entsprechendem Profilmaterial ausgeführt sein können, daß sieh beispielsweise kostengünstig strangpresscn lässt. Zur FertigsteLlang eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers ist es lediglich notwendig, zwischen die vorbereiteten Zylindersektoren die Heizelemente, iic bereits vorher kontaktiert und elektrisch angeschlossen en können, einzubringen und die ganze Anordnung zu verspannen. Damit wird die Möglichkeit ges-haffen, in einfacher Weise und mit geringem Aufwand einen Durchlauferhitzer zu erstellen, der sich durch vorzügliche therniche Eigenschaften auszeichnet. Eine Anpassung an unters:hiedliche Anforderungen hinsichtlih Größe, Leistungsbedarf oder Leistungsdichte ist dadurch möglich, daß die Zylindersektoren in ihrer Länge entsprechen gewählt und die Heizelemente in entsprechender Zahl vorgesehen werden.
Grundsätzlich Können im Rahmen der Erfindung Heizelemente verschiedenster Typen eingesetzt werden, beispielsweise also auch Heizelemente der bisher üblichen und allgemein verbreiteten Bauart mit einem metallischen Widerstandsleiter. Insbesondere sieht die Erfindung aber vor, daß das Heizelement bzw, die Heizelemente aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands (PTC-Material) bestehen. Solche PTC-Heizelemente sind an sich bekannt (vgl. DT-OS 25 04 237), bestehen gewöhnlich aus einem Keramikmaterial, insbesondere auf Bariumtitanat-Basis, und haben die Eigenschaft, daß sie sich in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme gleichsam selbst stabilisieren. im kalten Zustand ist ihr wird stand gering, und es fließt denentsprechend bei vorgegebener elektrischer Spannung ein verhältnisniäßig hoher ovrom. Dadurch wird in kurzer Zeit die Betriebstemperatur mit dem vorgesehenen Betriebswiderstand erreicht. Nimmt aus irgendwelchen Gründen die Temperatur des PTC-Heizelements über die vorgesehene Temperatur hinaus zu, so steigt der Wiaerstand weiter an, so daß die umgesetzte elektrisch Leitung reduziert wird. Infolgedessen kann bei Einsatz von PTC-Heizelementen sowohl auf Temperaturregler als auch auf Uberhitzungsschutz verzichtet werden. Der Einsatz solcher PTC-Heizelemente it jedoch nicht ohne weiteres möglich. Einerseit- sind die üblichen Einbau- und Montagemaßnahmer auf PTC-Heizolemente niht anwendbar, weil diese gewöhnlich in Form von verhältnismäßig kleinen, üblicherweise planparallelen Plättchen vorliegen. Andererseits muß beim Einsatz von PTC-Heizelementen ganz besonders auf einen einwandfreien, thermischen Kontakt geachtet werden. Für die vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Anordnung ist von besonderer Bedeutung, daß damit der Einsatz von PTC-Heizelementen bei einem Durchlauferhitzer der eingangs erläuterten Gattung ermöglichtwird.
Die Heizelemente bestehen vorzugsweise aus planparallelen Plättchen aus PTO-Keramik und sind zwischen ebenen und radial verlaufenden Begrenzungsflächen der Zylindersektoren angeordnet. Die Heizelemente weisen üblicherweise auf den an den Zylindersektcren anliegenden Breitseiten eine Metallisierung auf, an die beispielsweise durch löten Zuleitungsdrähte angeschlossen sind. Regelmäßig ist eine elektrische Isolation der Heizelemente erforderlich, wozu die Erfindung vorzugsweise Zwischenlagen aus elektrisch isolierendem, gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Aluminiumoxid-Keramik vorsieht. Zur Verbesserung des Wärmewirkungsgrades und zur Erzielung einer gleåchmäßigen Temperaturverteilung ist weiter vorgesehen, die nach dem Einsetzen der Heizelemente zwischen den Zylindersektoren verbleibenden Zwischenräume mit einer elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Füllmasse, beispielsweise Silikonkautschuk, Kunstharz auf Polyamid- oder Polaimid-Basis oder Aluminiumoxid-Pulver auszufüllen bzlr. zu vergießen. Der Grundriss der durch cit Zylindersektoren gebildeten zylinderförmigen Anorunung wird üblicherweise krieförmmig sein, grundsätzlich kommen aber auch andere Grunrissformen in Betracht.
Für die Verspannung der ganzen Anordnung bestehen verschiene Möglichkeiten. So können cie Zylindersektoren und der Zylindermantel - in geringer Abweichung von der strengen Zylinderform - aneinander angepasst schwach keelstumpfförmig a1scefuhrL sein. Dabei erfolgt cas Verspannen in der Weise, daß der umfangseitig geschlossene Zylinderwantel auf die Zylindersektoren aufgepresst wird. Der Zylindermantel kann dabei starr ausgeführt sein, es empfiehlt siLli jedoch eine flexible Ausführung, durch die etwa auftretende Spannunger besser erteilt werden. Ferner besteht bei gleichfalls schwach kegelstumpfförmiger Ausbildung von Zylindersektoren und Zylindermantel die weitere Möglivhkeit, den Zylindermantel umfangseitig offen und aus flexiblem Material auszuführen und mittels aufgepresster Ringe um die Zylindersektoren zu spannen. Umfangseitig offen meint dabei, daß der Zylindermantel einen entsprechenden schnitt aus einem ebenen Blech darstellt und um aie Zylindersektoren gebogen wird. Dies gilt auch für eine weitere Ausführungsform, bei der von einer mehr oder weniger streng zylindrischen Gestalt von Zylindersektoren und Zylindermantel ausgegangen wird. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der aus flexiblem Material bestehende, umfangseitig offene Zylindermantel mit Umfangspannelementen um die zylinderförmige Anordnung gespannt wird.
Umfangsspannelemente sind im Rahmen der Erfindung beispielsweise um den Zylindermantel gelegte Schellen oder an ihn angeformte Lasshen, die beispielsweise mittels Spannschrauben zusammengezogen werden können.
Zur Verringerung von Wärmeverlusten empfiehlt es sich, den Zylindermantel mit einer wärmeisolierenden Ummantelung zu umgeben. Es kann auch an der Innenseite des Zylindermantels eine wärmeisolierende Zwischenlage vorgesehen werden, die entsprechend geringe Kompressibilität aufweist.
An sich fahrt die beschriebene Anordnung schon zu einer sehr gliechmäßigen Druch- und Spannungsverteilung zwischen den Zylindersektoren, so daß das Auftreten unkontrollierter Beanspruchungen für &ie Heizelenente unwahrscheinlich ist. Gleichwohl kann es sich empfehlen, zwischen zumindest einer Seite der Heizelemente und der anliegenden Begrenzungsfläche eines der benachbarten Zylindersektoren eine ferende Abstützung vorsusehen, die beispielsweise aus einem gewellten Federblech bestehen kann, ca zugleich der Wärmeübertragung dient und folglich einen geringen Wärmewiderstand aufweisen sollte.
Ein zusammenhängender Wasserdurhclaufkanal ergbit sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch, daß die einzelnen Längsausnehmungen der Zylindersektoren in eeigneter Weise miteinander parallel, in Reihe oder gemischt verbunden werden. Das kann beisnielsweise dadurch erfolgen, daß an den Stirnseiten der Zylindersektoren den Längsaufnehmungen zugeordnete Anschlußstücke (einfache Rohrstücke, Schluachwellen od. igl.) vorgesehen werden, die angegos@en oder nachträglich eingeklebt bzw.
eingekittet sein können. Die Verbindung erfolgt mittels auf die Anschlußstücke anfgesetzt Schlauchabschnitte. Eine andere Möglichkeit ist dadurch gekennzeichnet,daß auf die Stirnseiten der zylinderförmingen anordnung stare Anschlußkeppen abdchtend aufgesetzt, beispielweise aufgeklebt werden, die den Längsausnehmumngen zugeordnete und an einen ZU- bzw. Ablauf angeschlossene Verbindungskanäle aufweisen.
Die Art der Zusammenschaltung der Längsaufnemungen lässt sich durch die Auslegung der Verbindungskanäle festlegen. Die Abdichtung kann - bei geschlossenen Vrebindungkanälen - jeweils einzeln erfolgen, die Verbindunskanäle können aber auch offen ausgeführt sein, wenn für eine entsprechende flächige Abdichtung gesorgt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeicijnund näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 einer Durchlauferhitzer im Querschmitt, Figur 2 wio In Gegenstand der Figur 1, teilweise im Längssehnitt II-II, Figur 3 einen vorgrößerten Ausschnitt des Gegenstands ecr Figur 1 in einer anderen Ausfllhringsforn:.
Der in Figur @ in Querschnitt @argestelle Durchlauferhitzer ist als Verdampfer für eine Kaffeemaschine vorgesehen und besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau zunächt und vorallen aus einer im wesentlichen zylinderförmingen Anordnung 1, die aus einzelnen Zylindersektoren 2 zusammengesetzt ist. Über die ganze Länge und parallel zur Längsachse der zylinderförmingen Anordnung 1 erstreckt sich in jedem der Zylindersektoren 2 eine Längsaunehmung 3, die in noch zu erlauternder Weise zu eulen. Wasserdurchlaufkanal verbunden sind. Die Zylindersektoren 2 sind im dargetllten Ausführungsbeispiel als Aluminium-Gussteile ausgeführt.
Jeweils zwischen oen einander zugewanåten Begrenzungsflächen benachbarter Zylindersektoren 2 sind Heizelemente 4 in Form von planparallelen Plättchen aus PTC-Material, beispielweise Bariumtitanat-Keramik, angeordnet. Die Heizelemente 4 sind an ihren den Zylindersektoren 2 zugewandten Breitseiten mit einer (nicht dargestellten) Matellisierung versehen, an die Zuleitungsdrähte 5 angelötet sind.
Durch geeignete Anordnung der Lötstellen oder gegebenenfalls durch entsprechende Einsenkungen in den Begrenzungsflächen der Zylindersekoren 2 ist dafür gesorgt, daß die Heizelemente 4 flächig an den Zylindersektoren 2 anliegen. Zur elektrischen Isolation sind an jeweils beiden Seiten der Heizelemente 4 Zwischenlagen 6 aus einem elektrisch isolierende aber gut wärmeleitendem Material wie z.B. Aluminiumoxid-Keramik angeordnet. Die verbleibenden Zwischenräume zwischen den Zylindersektoren 2 sind init einer gleichfalls elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Füllmasse 7, im Ausführungsbeispiel Silikonkautschuk, vergossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Zylindersektoren 2 vorgesehen, grundsätzlich kann eine solche zylinder förmige Anordnung 1 aber aus einer weitgehend beliebigen Anzahl von Zylindersektoren 2 zusammengesetzt werden, wobei es sich aus Kostengründen jedenfalls empfiehlt, daß diese untereinander gleichen Querschnitt aufweisen.
Die vorstehend erläuterte Anordnung aus Zylindersektoren 2 und Heizelementen 4 ist umfangsseitig verspannt, und zwar durch einen die Anordnung 1 umgebenden Zylindermantel 8, der an die Form der zylinderförmigen Anordnung 1 selbstverständlich angepasst ist. Der Zylindermantel 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel umfangsseitig offen ausgeführt und besteht aus einem Zuschnitt aus Blech, das geeignete Zugfestigkeit bei hoher Schmiegsamkeit und Flexibilität aufweist. Der Zylindermantel 3 ist um die zylinderförmige Anordnung 1 herumgelegt und mittels Umfangsspannelementen in Form von angeformten Laschen 9 und in diese eingesetzten Schrauben 10 bespannt. Wie die Figur 1 zeigt, ist innerhalb des Zylindermantels 8 eine wärmeisolierende Zwischenlage 11 aus einem Isoliermaterial von hinreichend geringer Kompressibilität angeordnet. Außerdem ist zur weiteren Verringerung von Wärmeverlusten der Zylindermantel 8 von einer wärmeisolierenden Ummantelung 12 umgeben.
Die erläuterte Anordnung führt zu einer gleichmäßigen Spannungsverteilung zwischen den Zylindersektoren 2. U:n unkontrollierte mechanische Beanspruchungen der Heizelemente 4 mit noch größerer Sicherheit auszuschließen, kann an jeweils einer Seite eines Heizelements 4 eine federnde Abstützung gegenüber ã-r anliegenden Fläche des benachbarten Zylindersektors 2 vorgesehen werden, die beispielsweise aus einem gewellten Federblech 13 besteht. Das ist in Figur 3 dargestellt.
Die Verbindung der einzelnen Längsausnehmungen 3 zu einem zusammenhängenden Wasserdurchlaufkanal kann zunächst in der (nicht dargestellten) Weise erfolgen, auf den Längsausnehmungen 3 zugeordnete, beispielsweise eingekittete Anschlußstücke Schlauchabschnitte in geeigneter Weise aufgesteckt werden. Eine andere Möglichkeit ist in Figur 2 dargestellt.
Hier sind auf beide Stirnseiten der zylinderförmigen Anordnung 1 starre Anschlußkapppen 14 aufgeklebt, die den Längsaufnehmungen 3 zugeordnete und an Zu- bzw. Ablauf 15 angeschlossene Verbindungskanäle 16 aufweisen.
Die Figur 2 läßt erkennen, daß die Verbindungskanäle 16 - bei flächiger Abdichtung der Anschlußkappe 14 an den Stirnseiten der Zylindersektoren 2 - offe ausgeführt und so angeordnet sind, daß bei entsprechender Ausbildung der unteren Anschlußkappe) eine Reihenschaltung der Längsausnehmungen 3 resultierte

Claims

Patentansprüche 1. Durchlauferhitzer insbesondere für Getränkezubereitungs-Maschinen wie Kaffemaschinen od. dgl., mit mindsetens einem Heizelement und mit einen Wasserdurchlaufkanal, wobei das Heizelement bzw. die Heizelemente und der Wasserdurchlaufkanal in wärmeleitender Verindung stehen, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Aufbau aus sich zu einen im wesentlichen zylindedrförmigen Anordnung (1) ergänzenden Zylindersektoren (2), wobei die Zylindersektoren (2) durch einen Zylindermantel (@) umfangseitig miteInander verspannt sind, und wobei das Heizelernent bzw. die Heizelemente (4) zwischen einander zugewandte Flächen benachbarter Zylindersektoren (2) angeordnet sind und wobei der Wasserdurchlaufkanal aus Längsausnehmungen (3) der Zylindersektoren (2) besteht, die außenseitig durchgängig rniteinander verbunden sind.
2. Durcklauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeinet, daß ei Heizelemente (4) aus einen Material mit positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PTC-Material) bestehen.
3. Durchauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4) aus planparallelen Plättchen aus PTC-Keramik bestehen und zwischen ebenen und bezüglich der zylinderförmigen Anordnung (1) radial verlaufenden Begrenzungsflächen der Zylindersektoren (2) angeordnet sind.
4. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4) durch Zwischenlagen (6) aus elektrisch isolierendem und gut wärmeleitendem Material von ren Zylindersektoren (2) isoliert sinC:.
. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Zwischenräume zwischen den Zylindersektoren (2) nit einer elektrisch isolierenden un gut wärneleitenden Füllmasse (7) ausgefüllt sind.
6. Dur hlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmige Anordnung (1) und der Zylindermantel (8) aneinander angepasst schwach kegelstumpfförmig ausgeführt sind, wobei der Zylindermantel (8) umfangsseitig geschlossen und auf die Zylindersektoren (2) aufgepresst ist.
7. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmige Anordnung (1) und der Zylindermantel (8) aneinander angepasst schwach kegelstumpfförmig ausgeführt sind, wobei der Zylindermantel (8) umfangsseitig offen ist, aus flexiblem Material besteht und mittels aufgepresster Ringe um die Zylindersektoren (2) gespannt ist.
8. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (8) aus flexiblem Material besteht, umfangesseitig offen ist und mittels Umfangsspannelement (9) (10) um die Zylindersektoren (2) gespannt ist.
9. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (8) von einer wärmeisolierenden Ummantelung (12) ungeben ist.
10. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einer Seite der Heizelemente (4) und der anliegenden Begrenzungsfläche eines der benachbarten Zylindersektoren (2) eine federnde Abstüzung (13) vorgesehen int.
11. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichet, daß die Zylindersektoren (2) an ihren Stirnseiten den Längsuasnehmungen (3) zugeordnete Anschlußstücke aufweisen.
12. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stirnseiten den zylinderförmigen Anordnung (1) starre Anschlußkappen (14) abdichtend aufgesetzt sind, die den Längsausnehmungen (3) zugeordnete und an einen Zu- bzw-Ablauf (15) angeschlossene Vrebindungskanäle (16) aufweisen.