DE3002358C2 - Elektrischer Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Durchlauferhitzer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein Durchlauferhitzer der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art bekannt, bei welchem die Durchflußkanäle in als Zylindersektoren ausgebildeten Segmenten und die Heizelemente zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Zylindersektoren angeordnet sind. Die Zylindersektoren sind im Rohr eingespannt. Die Einspannung kann noch durch das Rohr umgebende Ringe oder Umfangsspannelemente verstärkt sein. Diese Einspannung ist jedoch zu Lasten einer insbesondere auch bei größeren Temperaturschwankungen gleichmäßigen Druck und

ίο Spannungsverteilung zwischen den Zylindersektoren in sich noch weitgehend unelastisch. Zur Abhilfe ist daher vorgesehen, zwischen zumindest einer Seite der Heizelemente und der anliegenden Begrenzungsfläche eines benachbarten Zylindersektors ein gewelltes

;ä dünnes Federblech als federnde Abstützung anzuordnen. Das Fcderblech verschlechtert jedoch erheblich die Wärmeübertragung, da zwischen ihm und dem Heizelement sowie zwischen ihm und dem Zylindersektor jeweils nur Linienberührung besteht und die unter den Wellenbergen und im Wellental befindliche Luft ein schlechter Wärmeleiter ist (DE-AS 28 04 749).

Es ist auch bereits ein Durchlauferhitzer vorgeschlagen worden, bei dem es unter bestimmten Bedingungen möglich ist, daß die Wärmedehnung der Durchfliußelemente eine bleibende Aufweitung des Rohres bewirkt. Mit einer solchen Aufweitung vermindert sich der Anpreßdruck der Durchflußelemente auf die Heizelemente. Die Verminderung des Anpreßdruckes verschlechtert den Wärmeübergang von den Heizelementen auf die Durchflußelemente und damit den thermischen Wirkungsgrad der Anordnung.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Durchlauferhitzer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung auf einfache Weise so auszubilden, daß eine gleichmäßige Druck- und Spannungsverteilung und zugleich auch ein guter Wärmeübergang zwischen den Durchflußelementen und den Heizelementen auch bei größeren Temperaturschwankungen erzielt wird und erhalten bleibt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs '. angegebene Ausbildung gelöst.

Die gefundene Lösung hat den Vorteil, daß die Charakteristik der am Umfang des Rohres wirkenden Federkräfte auf eine gewünschte Charakteristik des Anpreßdrucks abgestimmt werden kann, den die Durchflußelemente auf die Heizelemente ausüben sollen.

Zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenslandes sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

An Hand mehrerer in der Zeichnung rein schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht eines im Querschnitt H-förmigen Rohres, in dessen Steg Heizelemente, die Heizelemente bedeckende Anschlußelektroden und eine die Anschlußelektroden bedeckende elektrische Isolation angeordnet sind,

Fig.2 eine Stirnansicht eines Rohres wie in Fig. 1, jedoch mit zwei Schweißstellen,

Fig.3 eine Stirnansicht eines Rohres wie in Fig. 2, jedoch mit zwei Schweißstellen an anderen Punkten,
Fig. 4 eine Stirnansicht eines im Querschnitt H-förmigen Rohres, dessen äußere und innere Flanken der Η-Schenkel aneinanderliegen,

Fig. 5 eine Stirnansicht eines im Querschnitt viereckigen Rohres, das an zwei sich gegenüberliegen-

den Seiten je einen Dehnungsbogen aufweist und Heizungselemente, AnschluQelektroden sowie eine elektrische Isolation enthält,

Fig.6 eine Stirnansicht eines Rohres, das zwei parallele und zwei von außen nach innen schräg einwärts gebogene sowie mittig parallel zueinander verlaufende Seiten besitzt und ebenfalls Heizelemente, Anschlußelektroden und eine elektrische Isolation enthält.

Beispiel !,nachden Fig. 1,2,3und4:

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Bei dem in F i g. 1 dargestellten Durchlauferhitzer sind zwei jeweils einen Durchflußkanal la aufweisende Durchflußelemente 1 in. einem Rohr 2 eingespannt. Die Durchflußkanäle la können auf nicht gezeigte Weise an zwei gleichaufliegenden Enden durch einen Rohrbogen oder ein Hosenrohr miteinander verbunden sein.

Die Durchflußelemente 1 sind gegen zwischen ihnen angeordnete Heizelemente 3 aus kaltleitendem Material, die Heizelemente 3 bedeckende Anschlußelektroden 4 und eine die Anschlußelektroden 4 bedeckende elektrische Isolation 5 angepreßt.

Der Ausdehnungskoeffizient des Materials des Rohres 2 ist kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Materials der Durchflußelemente 1. Als Material für die Durchflußelemente 1 ist beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Messing geeignet Für das Rohr 2 wird zweckmäßigerweise Stahl oder Edelstahl verwendet Es können aber auch andere Materialkombinationen gewählt werden.

Im Betrieb des Durchlauferhitzers dehnen sich die Durchflußelemente 1 unter der von den Heizelementen 3 auf sie abgegebenen Wärme aus und weiten dabei das Rohr 2 auf. Ohne besondere Vorkehrungen könnte dabei das Rohr 2 so weit aufgeweitet werden, daß es nach dem Erkalten nicht mehr in seine Ausgangslage zurückkehrt Dies hätte jedoch eine Minderung des von den Durchflußelementen 1 auf die Heizelemente 3 ausgeübten Anpreßdruckes zur Folge, was wiederum eine Verschlechterung des Wärmeübergangs von den Heizelementen 3 auf die Durchflußelemente 1 nach sich ziehen würde.

Um eine bleibende Dehnung des Rohres 2 zu vermeiden, ist es auf einem Teil seines Umfanges als eine Feder ausgebildet, deren Kraft den auf eine Rohraufveitung gerichteten WSrmedehnungskräften entgegengesetzt ist Mit anderen Worten, das Rohr 2 besitzt auf einem Teil seines Umfangs Federeigenschaften.

Als geeignet hat sich beispielsweise ein H-förmiger Querschnitt des Rohres 2 erwiesen. Wie in F i g. 1 gezeigt, sind die Durchflußelemente 1 samt den Heizelementen 3, den Anschlußelektroden 4 und der Isolation 5 im Steg 2a des Rohres 2 angeordnet. Durch die Wärmedehnung der Durchflußelemente 1 werden die inneren Flanken 2b der Schenkel des Rohres 2 auf Druck und die äußeren Flanken 2c der Schenkel des Rohres 2 auf Zug beansprucht Infolge ihrer Länge können sich die Flanken 2c dehnen, ohne bleibend verformt zu werden. Ihre Länge ist so bemessen, daß die ihnen auf Grund der Wärmedehnung der Durchflußelemente 1 erteilte Dehnung unterhalb der Elastizitätsgrenze hleibt Beide Flanken 2c wirken somit als Federn, die mit dem Erkalten der Durchflußelemente 1 in ihre Ausgangslage zurückkehren.

Das Rohr 2 kann zwischen seinen inneren Flanken 26 und seinen äußeren Flanken 2c einen Luftabstand besitzen.

Das in F i g. 1 gezeigte Rohr 2 ist nahtlos.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Rohre sind der Form nach gleich dem Rohr 2 in Fig. 1. Sie unterscheiden sich lediglich dadurch vom Rohr 2 in Fig. 1, daß sie aus zwei Teilen zusammengeschweißt sind und somit jeweils zwei Schweißnähte 2d, 2e aufweisen, die an Übergangsstellen zwischen den inneren und äußeren Flanken der Η-Schenkel liegen.

Bei dem im Querschnitt ebenfalls H-förmigen Rohr nach F i g. 4 liegen die äußeren und inneren Flanken der Η-Schenkel aneinander. Das Rohr ist hier aus einem Blechstreifen gefertigt, der bei 2/zusammengeschweißt isL

Beispiel 2, nach ί : ρ 5:

Das Rohr ist hier mit 6 bezeichnet und im Querschnitt viereckig. Die Durchflußelemente 1 und die Heizelemente 3 sind samt den Anschlußelektroden 4 und der elektrischen Isolation 5 zwischen zwei parallelen Seiten 6a des Rohres 6 angeordnet Die beiden anderen Seiten 66 des Rohres 6 besitzen jeweils einen Dehnungsbogen 6c, der so bemessen ist daß die dem Rohr 6 aufgezwungene Aufweitung innerhalb der Elastizitätsgenze bleibt

Beispiel 3, nach F i g. 6:

Das Rohr ist hier mit 7 bezeichnet und besitzt zwei gleichgerichtete Seiten 7a, welche in gleicher Weise wie in den Beispielen I und 2 Federn bilden, deren Kraft den auf eine Rohraufweitung gerichteten Wärmedehnungskräften entgegengesetzt ist.

Ferner besitzt das Rohr 7 zwei von den Enden der gleichgerichteten Seiten 7a schräg einwärts gerichtete und mittig parallele Seiten Tb.

Zwischen den parallelen Abschnitten der Seiten Tb sind die Durchflußelemente 1 und die Heizelemente 3 samt den Anschlußelektroden 4 und der elektrischen Isolation 5 angeordnet Zur Erhöhung der Federwirkung der Seiten 7a erstreckt sich zwischen jeder Seite Tb und der zugeordneten Oberfläche der Durchflußelemente 1 eine Tellerfeder 8. Eine solche Anordnung kann bedarfsweise auch bei den Gegenständen der anderen Beispiele vorgesehen werden.

Anstelle der Tellerfedern 8 ist es auch möglich. Elemente zu verwenden, mit denen die Ausdehnung der Durchflußelemente 1 und des Rohres 2,6,7 kompensiert werden kann. Beispielsweise kann als Material für die Kompensationselemente keramisches Material verwendet werden, das auch zur Minderung von Wärmeverlusten beiträgt

Der beschriebene Durchlauferhitzer eignet sirh insbesondere a'-. Durchlauferhitzer für Kaffeemaschinen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Durchlauferhitzer, mit zwei jeweils mindestens einem Durchflußkanal aufweisenden Durchflußelemente, die in einem Rohr eingespannt sind, zwischen denen Heizelemente aus kaltleitendem keramischen Material angeordnet sind, die von Anschlußelektroden sowie einer elektrischen Isolation abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskoeffizient des Materials des Rohres (2,6,7) kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Materials der Durchflußelemente (1) ist und daß das Rohr (2, 6, 7) auf einem Teil seines Umfanges als eine der Aufweitung durch Wärmedehnungskräfte entgegenwirkende Feder ausgebildet ist.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) im Querschnitt H-förmig ausgebildet ist, und in seinem Steg (2a) die DurchflufMemente (1) mit den Heizelementen (3), den Anschlußelektroden (4) und der elektrischer. Isolation (S) angeordnet sind, wobei die äußeren Flanken (2c) der Schenkel des Rohres (2) jeweils als Feder ausgebildet sind.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß. die äußeren Flanken (2c) und die inneren Flanken (2b) der Schenkel des Rohres (2) mit Abstand voneinander angeordnet sind.

4. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren und die inneren Flanken (2c, ?b)der Schenkel des Rohres (2) aneinanderliegend ausgebildet sind.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) aus zwei Teilen besteht, die an den äußeren und inneren Flanken der Η-Schenkel verbunden sind.

6. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Rohres (6) mindestens ein als Feder wirkender Dehnungsbogen (6c) angeordnet ist.

7. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) zwei gleichgerichtete, die Feder bildende Seiten (7a) und zwei von den Enden der gleichgerichteten Seiten (7a) nach innen schräg einwärts gerichtete und mittig parallele Seiten (Jb) aufweist, zwischen deren parallelen Abschnitten unter Zwischenlage von Tellerfedern (8), die Durchflußelemente (1) samt den Heizelementen (3), den Anschlußelektrodeii (4) und der elektrischen Isolation (5) angeordnet sind.

8. Durchlauferhitzer nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Durchflußelementen (1) und der Wand des Rohres (7) zur Kompensation der Ausdehnung der Durchflußeleniente (1) und des Rohres (7) dienende Elemente mit geeignetem Ausdehnungskoeffizient angeordnet sind.