DE2948591C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit einem mehrere quaderförmige Segmente aus wärmeleitfähigem Ma­ terial aufweisenden Heizkörper, mit mindestens einem Heizelement mit wenigstens einem PTC-Element, wobei das Heizelement zwischen einander zugewandten Wärmedurchgangs­ flächen benachbarter Segmente angeordnet ist, sowie mit zueinander parallelen, in den Segmenten angeordneten und untereinander verbundenen Durchlaufkanälen für ein zu erhitzendes Medium, wobei die Segmente mit den dazwischen angeordneten Heizelementen verspannt sind.

Ein derartiger Durchlauferhitzer ist aus der DE 28 04 818 A1 bekannt. Er wird bevorzugt in Getränkebereitsmaschinen, wie Kaffeemaschinen eingesetzt.

Er weist mehrere quaderförmige Segmente oder Blöcke aus wärme­ leitfähigem Material auf, die mit Durchlaufkanälen für ein zu erhitzendes Medium versehen sind. Zwischen den Blöcken sind mit Zuleitungsdrähten versehenen PTC-Ele­ mente angeordnet, die gegenüber den Blöcken durch Einlagen aus Aluminium-Oxid-Keramik elektrisch isoliert sind. Die Einheit wird durch mehrere Schraubbolzen zusammengehalten.

Bei einem Durchlauferhitzer nach der DE 28 04 749 A1 sind die Segmente in Form von Zylindersektoren vorgesehen, die sich zu einem zylindrischen Heizkörper ergänzen und durch einen Zylindermantel, in Form einer Schelle mittels Schrau­ ben miteinander verspannt sind. Die Heizelemente sind dabei zwischen einander zugewandten, radial verlaufenden Flächen benachbarter Zylindersektoren angeordnet. Die zueinander und zur Zylinderachse parallelen Durchlaufkanäle für das zu erhitzende Medium, beispielsweise Wasser, sind außerhalb der Zylindersektoren durch Schlauchabschnitte oder aufgesetzte, mit Verbindungskanälen versehene Anschluß­ kappen verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauf­ erhitzer der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der sich mit geringem Arbeits- und Materialaufwand herstel­ len läßt und insbesondere den mechanischen Kontakt der Wärme­ kontaktflächen verbessert und damit ein besserer thermischer Wirkungsgrad gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Segmente durch einen Mantel umfaßt sind, der aus zwei im Querschnitt U-förmigen und je eines der Segmente überfassenden Gehäuse­ schalen besteht, daß die U-Schenkel der Gehäuseschalen sich paarweise überlappen und im Überlappungsbereich entlang benachbarter Längskanten miteinander verbunden sind.

Der Aufbau des Heizkörpers ermöglicht es, in einfacher und wirkungsvoller Weise die Pressung aufzubringen, durch die die Heizelemente in Anlage an den Wärmedurchgangs­ flächen gehalten werden. Diese Pressung wird im Einsatz durch den Mantel aufrechterhalten. Dabei ist wesentlich, daß erfindungsgemäß der Mantel nicht durch Spannschrauben, Schellen oder dergleichen, gespannt wird, sondern die den Mantel bildenden Schalen lose aufgesetzt und unter Pressung der vorbereiteten Anordnung aus Schalen, Segmenten und Heizelementen miteinander verbunden werden. Dabei können hohe Pressungen erreicht werden, und vor allem lassen sich Störungen durch ungleichmäßige Pressung infolge von ungleichmäßigem Anziehen von Spannschrauben, Reibung des Mantels an den Segmenten usw. zuverlässig vermeiden. Die während der Schließung des Mantels aufgebrachte Anfangs­ pressung bleibt, wenn die beiden Schalen in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, über die ganze Betriebs­ dauer einwandfrei erhalten. PTC-Elemente haben üblicherweise prismenförmige Gestalt mit zwei gegenüberliegenden plan­ parallelen Flächen und rundem oder polygonalem Grundriß, bestehen gewöhnlich aus einem Keramikmaterial, insbesondere auf Bariumtitanat-Basis und haben die Eigenschaft, daß sie sich in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme gleichsam selbst stabilisieren, weil der elektrische Widerstand in einem bestimmten Temperaturbereich stark zunimmt. Der elektrische Anschluß dieser PTC-Elemente erfolgt gewöhnlich dadurch, daß die zwei gegenüberliegenden Flächen durch eine in geeigneter Weise aufgebrachte Metallisierung, kontak­ tiert und durch Kontaktbleche an eine Stromzuführung angeschlossen werden. Die elektrische Leistungsaufnahme und damit die erreichbare Wärmeabgabe hängt bei PTC-Elemen­ ten wesentlich von der Wärmeabfuhr und damit davon ab, daß ein geringer Wärmewiderstand zu den zu erwärmenden Bauteilen, d. h. zu den Heizkörpersegmenten besteht. Bei hohem Wärmewiderstand gelangt das PTC-Element schon bei geringer Leistungsaufnahme in den Bereich der Übergangs­ temperatur, in dem der elektrische Widerstand stark zunimmt. Damit werden zwar die nachteiligen Folgen einer Überhitzung vermieden, die Wärmeleistung bleibt aber unbefriedigend. Es ist folglich ein über die ganze Gebrauchsdauer gleich­ bleibend geringer Wärmewiderstand, d. h. eine gleichbleibend feste Anlage der Heizelemente an den Wärmedurchgangsflächen anzustreben.

Mit Rücksicht auf einfache, kostengünstige Ausführung und Langzeitstabilität empfiehlt es sich, zwischen den Schalen eine irreversible Verbindung vorzunehmen, die sich nicht ohne Zerstörung wieder lösen läßt. Es empfiehlt sich daher, die U-Schenkel miteinander zu verlöten bzw. zu verschweißen oder miteinander durch Falze zu verbinden.

In einer insbesondere für kleine Leistungen vorteilhaften und daher bevorzugten Ausführungsform ist der Heizkörper aus nur zwei Segmenten aufgebaut. Je nach Bedarf besteht aber ohne weiteres die Möglichkeit, auch mehrere Segmente mit jeweils dazwischen angeordneten Heizele­ menten übereinander zu stapeln und durch Schalen zu verbinden, deren U-Schenkel entsprechend länger bemessen sind.

Für die langfristige Aufrechterhaltung der Pressung zwischen den Segmenten ist die Wahl des Materials der Segmente wesent­ lich. Mit Rücksicht auf die gute Wärmeleitfähigkeit scheinen Materialien wie Kupfer oder Aluminium sich zu empfehlen, es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Materialien verhält­ nismäßig stark zum Fließen neigen, so daß im Lauf der Zeit die anfängliche Pressung abgebaut wird. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Segmente aus Messing herzustel­ len, wodurch eine über lange Zeit gleichmäßig hohen Pressung erreicht werden kann. Die den Mantel bildenden Schalen bestehen vorzugsweise aus Stahlblech. Unter Umständen kann es sich ferner empfehlen, zwischen mindestens einem der Segmente und der dieses Segment überfassenden Gehäuse­ schale eine Zwischenlage aus elastomerem Material von verhältnismäßig großen Elastizitätsmodul, d. h. verhältnis­ mäßig geringer Kompressibilität anzuordnen. Damit kann erreicht werden, daß Dehnungen bzw. Fließvorgänge, die im Laufe längerer Zeit auftreten können, die durch die Anfangskompression der Zwischenlage bestimmte Pressung nur geringfügig mindern.

Eine vorzugsweise Ausbildung sieht vor, daß das Heizelement zwei im wesentlichen ebene, an den Grundriß der PTC-Elemente angepaßte Kontaktbleche aufweist, die mit den dazwischen gelegten PTC-Elementen lose übereinandergelegt und durch randseitig aufgesetzte Halteelemente elastisch zusammengehalten sind. In der Regel werden dabei zwischen den Kontaktblechen und den Segmenten des Heizkörpers elektrisch isolierende Zwischenlagen von möglichst gutem Wärmeleitvermögen, bei­ spielsweise aus gespaltenem Glimmer oder dergleichen vor­ gesehen. Der elektrische Anschluß erfolgt durch Anschluß­ leitungen, die an Anschlußfahnen der Kontaktbleche durch Löten, Punktschweißen, Anklemmen oder dergleichen ange­ schlossen sind. Der Abstand zwischen den Halteelementen sollte im wesentlichen der Breite der Segmente und die Breite der Halteelemente im wesentlichen dem Abstand zwischen den Segmenten und dem jeweils benachbarten U-Schenkel entsprechen. Die vorstehend beschriebenen Ausbildungen und Bemessungen der Heizelemente und der Halteelemente gewährleisten einen guten Wärmeübergang sowie eine störungs­ freie Manipulation der Heizelemente vor und bei der Fertig­ stellung eines Durchlauferhitzers. Zur Durchführung und Festlegung der an die Kontaktbleche an­ geschlossenen elektrischen Anschlußleitungen werden die U-Schenkel mit Randausnehmungen und/oder Durchbrüchen versehen.

Für die Zusammenschaltung der Durchlaufkanäle zu einem zusammenhängenden Durchfluß bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Zunächst können die Durchlauf­ kanäle selbstverständlich wie bei den eingangs beschriebenen bekannten Durchlauferhitzern außenseitig durch an den Stirnseiten der Segmente angeordnete Anschlußstücke und aufgesetzten Schlauchabschnitte miteinander verbunden werden.

Eine andere, hinsichtlich Arbeitsaufwand und Betriebssicher­ heit vorteilhafte Möglichkeit für eine außenseitige Verbindung der Durchlaufkanäle besteht darin, daß ein die Durchlauf­ kanäle bildendes Rohr in längslaufende Einkerbungen der Segmente eingelegt ist und mit der Oberfläche der Segmente im wesentlichen bündig abschließt.

Selbstverständlich kann das Rohr außerhalb der Segmente auch in anderer Weise verlaufen, die haarnadelförmigen Biegungen gewährleisten jedoch geringste Wärmeverluste. Diese Ausführungsform, die sich ohne weiteres sowohl bei zwei als auch mehr Segmenten verwirklichen läßt, führt in jedem Fall zu einer Reihenschaltung der einzelnen Durch­ laufkanäle.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungs­ beispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Durchlauferhitzer in perspektivischer Explosionsdarstellung;

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 im montierten Zustand in Seitenansicht;

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 2 im Querschnitt III-III,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 3,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Durchlauf­ erhitzers im Längsschnitt,

Fig. 6 den Gegenstand der Fig. 5 im Querschnitt VI-VI,

Fig. 7 in schematischer Darstellung verschiedene Möglich­ keiten für die Verbindung der Durchlaufkanäle.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Durchlauferhitzer besteht zunächst aus einem Heizkörper 1, der aus zwei quaderförmigen, aus Messing be­ stehenden Segmenten 2 mit einander zugewandten Wärmedurchgangsflächen 3 aufgebaut ist. Die Segmente weisen zueinander achsparallele Durchlauf­ kanäle 4 für ein zu erhitzendes Medium, beispielsweise Wasser, auf, die in nachfolgend im einzelnen erläuterter Weise miteinander verbunden sind. Zwischen den Wärmedurchgangsflächen 3 ist ein Heizelement 5 angeordnet, das in Fig. 1 seitlich herausgezogen ist und nachfolgend näher erläutert wird.

Der Heizkörper 1 ist von einem Mantel umgeben, der aus zwei im Querschnitt U-förmigen und je eines der Segmente 2 überfassenden Gehäuseschalen 6 besteht. Die U-Schenkel 7 der Gehäuseschalen 6 überlappen sich im zusammen­ gebauten Zustand (vgl. Fig. 2) paarweise und sind im Überlappungsbereich paarweise entlang benachbarter Längskanten miteinander bei 8 verschweißt. Die Verschweißung wird beim Zusammenbau vorgenommen, während die vorbereitete Anordnung aus Gehäuseschalen 6, Segmenten 2 und Heiz­ element 5 in zu den Wärmedurchgangsflächen 3 senkrechter Richtung zu­ sammengepreßt wird.

Das in seiner Gesamtheit mit 5 bezeichnete Heizelement besteht aus einer sandwichartigen Anordnung von zwei im wesentlichen ebenen Kontakt­ blechen 9 und dazwischen gelegten PTC-Elementen 10, die an gegenüber­ liegenden Flächen mit einer Kontaktierung 11 versehen sind. Der elektrische Anschluß erfolgt durch Anschlußleitungen 12, die an Anschlußfahnen 13 der Kontaktbleche 9 angeschlossen sind. Das Heizelement 5 wird für den Ein­ bau dadurch vorbereitet, daß die Kontaktbleche 9, die an den Grundriß der PTC-Elemente 10 angepaßt sind, mit diesen lose übereinandergelegt und durch randseitig aufgesetzte Halteleisten 14 von U-förmigem Profil aus Silikonkautschuk elastisch zusammengehalten werden. Die Kontaktbleche 9 bestehen aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Kupfer. Jeweils an den Außenseiten der Kontaktbleche 9 ist eine isolierende Zwischenlage 15 aus gespaltenem Glimmer angeordnet, die gleichfalls durch die Halteleisten 14 festgehalten werden. Die Breite der PTC-Elemente 10 entspricht im wesentlichen der Breite der Segmente 2. Im übrigen ist das Heizelement 5 so bemessen, daß der Abstand zwischen den Halteleisten 14 im wesentlichen der Breite der Segmente 2 und die Breite der Halteleisten 14 im wesentlichen dem Abstand zwischen den Segmenten 2 und dem jeweils benachbarten U-Schenkel 7 entsprechen. Wie insbesondere anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, weisen die U-Schenkel 7 Randausnehmungen 16 auf, durch die die Anschlußleitungen 12 gehalten und geführt sind.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die U-Schenkel 7 der Gehäuseschalen 6 miteinander verschweißt. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die U-Schenkel 7 durch Falze 17 verbunden sind. Außerdem ist bei dem in Fig. 4 darge­ stellten Ausführungsbeispiel zwischen dem oberen Segment 2 und der diese überfassenden Gehäuseschale 6 eine Zwischenlage 18 aus einem elastomeren Material von verhältnismäßig hohem Elastizitätsmodul an­ geordnet.

Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Durchlaufkanäle 4 durch ein einstückig durchlaufendes Rohr 19 aus Kupfer gebildet, das in Einkerbungen 20 eingelötet ist, die an den den Wärmedurchgangsflächen 3 gegenüberliegenden Flächen der Segmente 2 vorgesehen sind. Das Kupferrohr 19 ist mindestens im Bereich der Segmente 2 so verformt und eingelötet, daß es mit der den Gehäuseschalen 6 zuge­ wandten Außenseite der Segmente 2 im wesentlichen bündig abschließt. Die außenliegende Verbindung der Durchlaufkanäle 4 ergibt sich dadurch, daß das Rohr 19 im Abschnitt 21 zwischen den Semgmenten 2 haarnadelförmig gebogen ist. Der Anschluß von (nicht dargestellten Zuleitungen) für Zu- und Abfluß erfolgt unmittelbar an den Enden des Rohrs 19.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform entspricht, soweit nachfolgend nichts anderes festgestellt wird, der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3. Die Durchlaufkanäle 4 sind hierbei jedoch in die Segmente 2 eingeformt und münden mit je einer Auslaßöffnung 22 an der Wärmedurchgangsfläche 3 des entsprechenden Segments 2. Die Auslaßöffnungen 22 der beiden gemäß den Fig. 5 und 6 vorgesehenen Segmente 2 sind miteinander fluchtend angeordnet. Zwischen die fluchtenden Auslaßöffnungen 22 ist eine Verbindungsmuffe 23 aus elastomerem Material eingesetzt, die in ihrer Länge so bemessen ist, daß sie unter der beim Zusammenbau aufgebrachten Pressung an den gegenüberliegenden Wärme­ durchgangsflächen 3 dichtend anliegt und damit den Durchgang zwischen den beiden Durchlaufkanälen 4 herstellt. Zur zusätzlichen Abdichtung weist die Verbindungsmuffe 23 an beiden Stirnseiten je eine ringförmige Dichtlippe 24 auf, die in eine die entsprechende Auslaßöffnung 22 umgebende Ringnut 25 dichtend einfaßt. Der Anschluß der (nicht dargestellten) Zuleitungen für Zu- und Abfluß erfolgt durch Anschlußstücke 26, die in die Durchlaufkanäle 4 eingekittet sind.

In den Fig. 7a-c sind schematisch verschiedene Möglichkeiten für den Zusammenschluß der Durchlaufkanäle 4 angedeutet. Fig. 7a zeigt eine Aus­ führungsform mit drei übereinander gestapelten Segmenten 2, bei der die Durchlaufkanäle 4 außenseitig in Reihe verbunden und durch ein einstückig durchgehendes Rohr 19 gebildet sind. Das Rohr 19 ist mit haarnadelförmigen Biegungen 21 zickzackförmig gefaltet.

Die Fig. 7b, c zeigen bei einem gleichfalls aus drei Segmenten 2 auf­ gebauten Heizkörper 1 zwei verschiedene Möglichkeiten für die interne Ver­ bindung der Durchlaufkanäle 4 gemäß den Fig. 5, 6. Im Falle der Fig. 7b ist an jeder Wärmedurchgangsfläche 3 je eine Auslaßöffnung 22 vorge­ sehen, so daß insgesamt die Durchlaufkanäle 4 bei zickzackförmigem Verlauf in Reihe geschaltet sind. Im Falle der Fig. 7c sind an jeder Wärmdurchgangsfläche 3 je zwei Auslaßöffnungen 22 vorgesehen, so daß eine Parallelschaltung der einzelnen Durchlaufkanäle 4 resultiert.

Claims (7)

1. Durchlauferhitzer mit einem mehrere quaderförmige Segmente aus wärmeleitfähigem Material aufweisenden Heizkörper, mit mindestens einem Heizelement mit wenigstens einem PTC-Element, wobei das Heizelement zwischen einander zugewandten Wärmedurchgangsflächen benachbarter Segmente angeordnet ist, sowie mit zueinander parallelen, in den Segmenten angeordneten und untereinander verbundenen Durchlaufkanälen für ein zu erhitzendes Medium, wobei die Segmente mit den dazwischen angeordneten Heizelementen ver­ spannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (2) durch einen Mantel umfaßt sind, der aus zwei im Querschnitt U-förmigen und je eines der Segmente (2) überfassenden Gehäuseschalen (6) besteht, daß die U-Schenkel (7) der Gehäuseschalen (6) sich paarweise überlappen und im Überlappungsbe­ reich entlang benachbarter Längskanten miteinander verbunden sind.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die U-Schenkel (7) miteinander verlötet oder verschweißt sind.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die U-Schenkel (7) miteinander durch Falze (17) verbunden sind.

4. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (2) aus Messing bestehen.

5. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einem der Segmente (2) und der dieses Segment (2) überfassenden Gehäuseschale (6) eine Zwischenlage (18) aus elastomeren Material angeordnet ist.

6. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) zwei im wesentlichen ebene, an den Grundriß der PTC-Elemente (10) angepaßte Kontaktfläche (9) auf­ weist, die mit den dazwischen gelegten PTC-Elementen (10) lose übereinandergelegt und durch randseitig aufgesetzte Halteelemente (14) elastisch zusammenge­ halten sind.

7. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Durchlaufkanäle (4) bildendes Rohr (19) in längslaufende Einkerbungen (20) der Segmente (2) eingelegt ist und mit der Oberfläche der Segmente (2) im wesentlichen bündig abschließt.