DE2804749C3 - Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

11. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstücke als starre Anschlußkappen (14) abdichtend aufgesetzt sind und den Wasserdurchlaufkanälen (.1) zugeordnete und an einen Zu- bzw. Ablauf (15) angeschlossene Verbindungskanäle (16) aufweisen.

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer, mit mindestens einem Heizelement und mit achsparallelen Wasserdurchlaufkanälen, die mit dem Heizelement in wärmeleitender Verbindung stehen, in einem aus mehreren Segmenten bestehenden Heizkörper angeordnet und außenseitig »nitejnander verbunden sind. Insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich bezieht die Erfindung sich auf einen Durchlauferhitzer dieses Aufbaus, wie er als Verdampfer in Getrankfizuberet tungsmaschinen, wie Kaffeemaschinen od. dgl. einge setzt wird. Durchlauferhitzer dieses Aufbaus können außerdem aber für zahlreiche andere Anwendungsfälle und in verschiedensten Leistungsbereichen eingesetzt werden.

s Bei einem bekannten Durchlauferhitzer der erläuterten Gattung (vgl. FR-Zusatz-PS 3 11 188) besteht der Heizkörper aus mehreren gleichartigen und parallel zueinander angeordneten prismenförmigen Segmenten aus Isoliermaterial (Porzellan), die miteinander verkittet sind. Die Heizelemente sind in Form von Heizwendeln in die Wasserdurchlaufkanäle eingesetzt und stehen folglich in unmittelbarem Kontakt mit dem zu erhitzenden Wasser. Diese Ausbildung ist aus sicherheitstechnischen Gründen äußerst nachteilig, außerdem erweisen Herstellung und Montage dieses bekannten Durchlauferhitzers sich als zeit- und kostenaufwendig.

Ferner kennt man (aus der Praxis) Durchlauferhitzer anderer Gattung, bei denen das Heizelement aus einem elektrischen Rohrheizkörper besteht, der mit dem als metallisches Rohr ausgeführten Wasserdurchlaufkanal zur Herstellung der wärmeleitenden Verbindung verlötet bzw. verschweißt ist. Üblicherweise wird dabei ein Temperaturregler vorgesehen, der die Stromzufuhr unterbricht, wenn der Wasservorrat aufgebraucht ist.

Zusätzlich wird häufig ein Überhitzungsschutz in Form

einer Schmelzsicherung vorgesehen, um im Falle eines

Trockengehens eine Zerstörung des Gehäuses, das

üblicherweise aus Kunststoff besteht, zu verhüten.

Bei dieser bekannten und aligemein üblichen Ausfüh-

rungsform anderer als der eingangs beschriebenen Gattung, wird ein thermischer Wirkungsgrad erreicht, der noch nicht voll befriedigt, insbesondere ist der Wärmeübergang zwischen Heizelement und Wasserdurchlaufkanal verbesserungsbedürftig. Es kommt hin- zu, daß diese bekannten elektrischen Widerstandsheizelemente hinsichtlich Herstellung und Montage im Gerät verhältnismäßig aufwendig sind. Der dadurch verursachte Kostenaufwand erweist sich vor allem bei Haushaltsgeräten kleiner und mittlerer Leistung als nachteilig, die regelmäßig in beträchtlichen Stückzahlen gebaut werden und bei denen folglich eine Kostensenkung besonders anzustreben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer der eingangs beschriebenen Galtung anzugeben, der bei gutem thermischem Wirkungsgrad eine einfache und kostengünstige Herstellung und Montage erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Segmente als Zylindersektoren ausgeführt sind, aus wärmeleitendem Material bestehen und durch einen Zylindermantel umfangsseilig miteinander verspannt sind und daß die Heizelemente zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Zylindersektoren angeordnet sind.

Die Erfindung geht damit von einem kompakten, aus einzelnen Segmenten zusammengesetzten Heizkörper aus, der eine verhältnismäßig geringe freie Oberfläche aufweist, so daß Wärmcverluste durch Abstrahlune

gering gehalten werden, Pie Heizelemente sind zwischen den Zylindersektoren, d. h, an deren einander zugewandten Flächen anliegend angeordnet und verspannt, so daß sie unter Flächenpressung an den Zylindersektoren anliegen und folglich in gutem Wärmekontakt mit diesem und damit mit dem die Wasserdurchlaufkanäle durchströmenden Wasser stehen. Die ZylindersektoreB, aus denen der Durchlauferhitzer zusammengesetzt ist, sind geometrisch äußerst einfach gestaltet, außerdem läßt sich ein Durchfauferhitzer aus Sektoren ein und derselben Gestalt zusammensetzen. Damit wird eine außerordentliche rationelle Fertigung ermöglicht, zumal die Zylindersektoren, die aus einem gut wärmeleitenden Metall wie Aluminium bzw. einer Aluminium-Legierung bestehen, ohne weiteres als Gußteil oder als Abschnitte von entsprechendem Profilmaterial ausgeführt sein können, das sich beispielsweise kostengünstig strangpressen läßt.

Zur Fertigstellung eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers ist es lediglich notwendig, zwischen die vorbereiteten Zylindersektoren die Heizelemente, die bereits vorher kontaktiert und elektrisch angeschlossen sein können, einzubringen und die ganze Anordnung zu verspannen. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, in einfacher Weise und mit geringem Aufwand einen Durchlauferhitzer zu erstellen, der sich durch vorzügliche thermische Eigenschaften auszeichnet. Eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Größe, Leistungsbedarf oder Leistungsdichte ist dadurch möglich, daß die Zylindersektoren in ihrer Länge entsprechend 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. Bei einer zu bevorzugenden Ausführungsform bestehen die Heizelemente jedoch aus planparallelen Plättchen aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffi/ientcn des elektrischen Widerstandes (PTC-Material), die zwischen ebenen und bezüglich der Längsachse des Heizkörpers radial verlaufenden Begrenzungsflächen der ZylinJersekiorcn angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung ist von besonderer Bedeutung, daß durch die Ausbildung dieser Heizelemente und der Zylinderseklorcn ein besonders einfacher und leicht zu montierender Aufbau erreicht wird, wobei ein einwandfreier Wärmckontaki gewährleistet ist.

Die Heizelemente weisen üblicherweise auf den an den Zylindersektoren anliegenden Breitseiten eine Metallisierung auf, an die beispielsweise durch Löten Zulcilungsdrähte angeschlossen sind. Regelmäßig ist eine elektrische Isolation der Heizelemente erforderlich, wozu die Erfindung vorzugsweise zwischen ss Heizelementen und Zylindersektoren angeordnete Zwischenlagen aus elektrisch isolierenden, gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Aluminiumoxid-Keramik vorsieht. Zur Verbesserung des Wärmewirkungsgrades und zur Erzielung einer gleichmäßigen Tempera- lurvcrtciliing ist weiter vorgesehen, daß die nach dem Einsetzen der Heizelemente zwischen den Zylindersektoren verbleibenden freien Räume mit einer elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Füllmasse, beispielsweise Silikonkautschuk, Kunstharz auf Polyamid- oder Polyamid-Bash oder Aluminiumoxid-Pulver ausgefüllt wird. Der Grundriß der durch die Zylindersektoren gebildeten zylinderförmigen Anordnung wird üblicherweise kreisförmig sein, grundsätzlich kommen aber auch andere Grundrißformen in Betracht

For die Verspannung der ganzen Anordnung bestehen verschiedene Möglichkeiten. So können die Zylindersektoren und der Zylindermantel — in geringer Abweichung von der strengen Zylinderform — schwach kegelstumpfförmig ausgeführt sein. Dabei erfolgt das Verspannen in der Weise, daß der umfangsseitig offene Zylindermantel auf die Zylindersektoren aufgepreßt wird. Der Zylindermantel kann dabei starr ausgeführt sein, es empfiehlt sich jedoch eine flexible Ausführung, durch die etwa auftretende Spannungen besser verteilt werden. Ferner besteht bei gleichfalls schwach kegelstumpfförmiger Ausbildung von Zylindersektoren und Zylindermantel die weitere Möglichkeit, den Zylindermantel umfangsseitig offen und aus flexiblem Material auszuführen und mittels aufgepreßter Ringe um die Zylindersektoren zu spannen. Umfangsseitig offen meint dabei, daß der Zylindermantel einen entsprechenden Schnitt aus einem ebenen Blech darstellt und um die Zylindersektoren gebogen wird. DW*. gilt auch für eine weitere Ausführungsform, bei der von c :ner mehr oder weniger streng zylindrischen Gestalt von Zylindersektoren und Zylindermantel ausgegangen wird. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der flexible umfangsseitig offene Zylindermantel mit Umfangsspannelementen um die Zylindersektoren gespannt wird. Umfangsspannelemente sind im Rahmen der Erfindung beispielsweise um den Zylindermantel gelegte Schellen oder an ihn angeformte Laschen, 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 führt die beschriebene Anordnung schon zu einer sehr gleichmäßigen Druck- und Spannungsverteilung zwischen den Zylindersektoren, so daß das Auftreten unkontrollierter Beanspruchungen für die Heizelemente unwahrscheinlich ist. Gleichwohl kann es sich empfehlen, zwischen zumindest einer Seite der Heizelemente und der anliegenden Begrenzungsfläche eines benachbarten Zylindersektors ein gewelltes Federblech als federnde Abstützung anzuordnen, das zugleich der Wärmeübertragung dient und folglich einen geringen Wärmewiderstand aufweisen sollte.

Ein zusammenhängender Wasserdurchlaufkanal ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch, daß die einzelnen Wasserdurchlaufkanäle der Zylindersektoren in geeigneter Weise miteinander parHlei, in Reihe oder gemischt verbunden werden. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß an den Stirnseiten der Zyiindersektoren den Wasserdurchlaufkanälen zugeordnete AnschlußstUcke (einfache Rohrstücke. Schlauchwellen od. dgl.) vorgesehen werden, die angegossen oder nachträglich eingeklebt bzw. eingekittet sein können. Die Verbindung erfolgt mittels auf die AnsehlußMüeke aufgesetzter Sehlauchabschnitte. Eine andere Möglichkeit ist dadurch gekennzeichnet, daß die AnschlußstUcke auf die Stirnseiten der zyünderförmigen Anordnung als starre Anschlußkappen abdichtend aufgesetzt, beispielsweise aufgeklebt sind und den Wasscrdurchlaufkanälen zugeordnete und an einen Zu- bzw. Ablauf angeschlossene Verbindungskanäle aufweisen.

Die Art der Zusammenschaltung der Wasserdurchlaufkahäle läßt sich durch die Auslegung der Verbin dungskanäle festlegen. Die Abdichtung kann — bei geschlossenen Verbindungskanälen — jeweils einzeln erfolgen, die Verbindungskaträle können aber auch offen ausgeführt sein, wenn für eine entsprechende flächige Abdichtung gesorgt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Pig. I einen Durchlauferhitzer im Querschnitt.

Fig.2 wie in Gegenstand der Fig. I, teilweise im Längsschnitt 11-11.

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Gegenstandes der F i g. I in einer anderen Ausführungsform.

Der in Fig. I im Querschnitt dargestellte Durchlauferhitzer ist als Verdampfer für eine Kaffeemaschine vorgesehen und besteht in seinem grundsätzlichen ΛΐΐΓΚηΐΙ 7linär*hcl linA iir»r itllnm otic· ninnm ■ »»i wettgehend 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 den Heizkörper 1 umgebenden Zylindermantel 8, der an die Form des Heizkörpers I selbstverständlich angepaßt ist Der

ίο Zylindermantel 8 ist im dargestellten Ausführungsbei spiel umfangsseitig offen ausgeführt und besteht aus einem Zuschnitt aus Blech, das geeignete Zugfestigkeit bei hoher Schmiegsamkeit und Flexibilität aufweist. Der Zylindermantel 8 ist um den Heizkörper 1 hcrumgelegl und mittels Unifangsspannelementen in Form von angeformten Laschen 9 und in diese eingesetzte Schrauben 10 gespannt. Wie die Fig. I zeigt, ist innerhalb des Zylindermantels 8 eine wärmeisolierende

wesentlichen zylinderförmigen Heizkörper I, der aus einzelnen Zylindersekloren 2 zusammengesetzt ist. über die ganze Länge und parallel zur Längsachse des Heizkörpers 1 erstrecken sich in den Zylindersektoren 2 Wasserdurchlaufkanäle 3. die in noch zu erläuternder Weise verbunden sind. Die Zylindersektoren 2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Aluminium-Gußteile ausgeführt.

Jeweils zwischen den einander zugewandten Begrenzungsflächen benachbarter Zylindersektoren 2 sind Heizelemente 4 in Form von planparallclcn Plattchen aus PTC-Material, beispielsweise Bariumtitanat-Kcramik. angeordnet. Die Heizelemente 4 sind an ihren den Zylindersektoren 2 zugewandten Breitseiten mit einer (nicht dargestellten) Metallisierung versehen, an die Zuleitungsdrähte 5 angelötet sind. Durch geeignete Anordnung der Lötstellen oder ggfs. durch entsprechende Einsenkungen in den Begrenzungsflächen der Zylindersektoren 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 isolierenden aber sehr gut wärmeleitendem Material wie z. B. Aluminiumoxid-Keramik angeordnet. Die verbleibenden Zwischenräume zwischen den Zylindersektoren 2 sind mit einer gleichfalls elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Füllmasse 7, im Ausführungsbeispiel Silikonkautschuk, vergossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Zylindersektoren 2 vorgesehen, grundsätzlich kann ein solcher zyünderförmiger Heizkörper 1 aber aus einer chend geringer Kompressibilität angeordnet. Außerdem ist zur weiteren Verringerung von Wärmeverlusten der Zylindermantel 8 von einer wärmeisolicrcndcn Ummantelung 12 umgeben.

Die erläuterte Anordnung führt zu einer gleichmäßigen Spannungsverteilung zwischen den Zylindersektoren 2. Um unkontrollierte mechanische Beanspruchungen der Heizelemente 4 mit noch größerer Sicherheit auszuschließen, kann an jeweils einer Seite eines Heizelements 4 eine federnde Abstützung gegenüber

to der anliegenden Fläche des benachbarten Zylindersektors 2 vorgesehen werden, die aus einem gewellten Federblech 13 besteht. Das ist in F i g. 3 dargestellt.

Die Verbindung der einzelnen Wasserdurchlaufkanäle 3 zu einem zusammenhängenden Kanal kann

3ϊ zunächst in der (nicht dargestellten) Weise erfolgen, daß auf den Wasserdurchlaufkanälen 3 zugeordnete, beispielsweise eingekittete Anschlußstückc, Schlauchabschnitte in geeigneter Weise aufgesteckt werden. Eine andere Möglichkeit ist in Fig.2 dargestellt. Hier sind auf beide Stirnseiten des Heizkörpers 1 starre Anschlußkappen 14 aufgeklebt, die den Wasscrdurchlaufkanälen 3 zugeordnete und an Zu- bzw. Ablauf 15 angeschlossene Verbindungskanäle 16 aufweisen. Die F i g. 2 läßt erkennen, daß die Verbindungskanäle 16 — bei flächiger Abdichtung der Anschlußkappe 14 an den Stirnseiten de·- Zylindersektoren 2 — offen ausgeführt und so angeordnet sind, daß bei entsprechender Ausbildung der unteren Anschlußkappe eine Reihenschaltung der Wasserdurchlaufkanäle 3 resultiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche;

   \, Durchlauferhitzer, insbesondere für Kaffee- oder sonstige Getränkezubereitungsmasehinen, mit mindestens einem Heizelement und mit achsparallelen Wasserdurchlaufkanälen, die mit dem Heizelement in wärmeleitender Verbindung stehen, in einem aus mehreren Segmenten bestehenden Heizkörper angeordnet und außenseitig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente als Zylindersektoren (2) ausgeführt sind, aus wärmeleitendem Material bestehen und durch einen Zylindermantel (8) umfangsseitig miteinander verspannt sind und daß die Heizelemente (4) zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Zylindersektoren (2) angeordnet sind.
2. 2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4) aus planparallelen Plättchen aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PCT-Material) bestehen und zwischen ebenen und bezüglich der Längsachse des Heizkörpers (1) radial verlaufenden Begrenzungsflächen der Zylindersektoren (2) angeordnet sind.
3. 3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Heizelementen (4) und den Zylinders^ktoren (2) Zwischenlagen (6) aus elektrisch isolierendem und gut wärmeleitendem Material angeordnet sind.
4. 4. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Räume zwischen t'en Zylindersektoren (2) mit einer elektrisch isolierenden um-! gut wärmeleitenden Füllmasse \7) ausgefüllt sind.
5. 5. Durchlauferhitzer nach ei^sm der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Heizkörper (I) und der Zylindermantel (8) schwach kcgelstumpfförmig ausgeführt sind.
6. 6. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (8) umfangsseitig offen ist, aus flexiblem Material besteht und mittels aufgepreßter Ringe um die Zylindersektoren (2) gespannt ist.
7. 7. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (8) mittels Umfangsspannclementeri (9,10) um die Zylindersektoren (2) gespannt ist.
8. 8. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (8) von einer wärmeisolierenden Ummantelung (12) umgeben ist.
9. 9. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einer Seite der Heizelemente (4) und der anliegenden Begrenzungsfläche eines benachbarten Zylindersektors (2) ein gewelltes Fcderblech (13) angeordnet ist.
10. 10. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindersektoren (2) an ihren Stirnseiten den Wasserdurchlauf-