DE3221348C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Heizelemente werden insbesondere für Durchlaufer­ hitzer benötigt, und zwar sowohl im Haushaltsbereich als auch im industriellen Bereich, beispielsweise zur Erwärmung von Flüssigkeiten an Reinigungsgeräten etc. Bisher waren Durchlauf­ erhitzer meist mit Rohrheizkörpern versehen, die in den Behälter hineinragten und ganz von der Flüssigkeit umströmt wurden. Dies hat zwar für den Wirkungsgrad einige Vorteile, die Anordnung der Heizelemente direkt in der Flüssigkeit hat jedoch bzgl. der Strömungsführung, Reinigung, Verkalkung etc. zu Problemen geführt.

Aus der DE-AS 11 39 589 ist ein Heizelement der eingangs genannten Art bekannt geworden. Dort sind Rohrheizkörper in Form einer Wendel mit dicht aneinander anschließenden Windungen gewickelt und auf die Außenseite eines mit entsprechend wendelförmigen Rillen versehenen Rohres aufgelötet. Die Aufbringung des Rohrheizkörpers und seine Halterung während der Verlötung ist schwierig, obwohl die wendelförmigen Rillen für einen axialen Halt sorgen. Das auf der Innenseite gewellte Rohr macht allerdings, insbesondere bei der Beheizung von ver­ schmutzten Flüssigkeiten, Schwierigkeiten wegen einer Tendenz zur Ablagerung von Feststoffen im beheizten Bereich.

Aus der DE-PS 1 59 237 sind Wärmeableitungskörper bekannt geworden, die aus Drähten bestehen, die um das Rohr herum in Form von einander überschneidenden Dreiecken angeordnet sind. Diese geben die Form eines verdrillten Sterns aus Drähten und sollen wie eine Verrippung wirken. Sie liegen an dem Rohr nicht flächig sondern überwiegend tangential an. Eine Anbringung von Rohrheizkörpern in dieser Art wäre nicht möglich, da einerseits die geringe Kontaktfläche mit dem Rohr keinen ausreichenden Wärmeübergang zur Rohraußenfläche schaffen würde und anderer­ seits die Rohrheizkörper in beheiztem Zustand ihre Spannung verlieren und damit jeden Kontakt zur Rohraußenfläche verlieren würden.

Auch die DE-PS 5 26 714 betrifft Wärmeübertragungsrippen in Form einer Wendel aus Profilen mit L-förmigem Querschnitt. Auch diese Druckschrift gibt keinen Hinweis auf die Anbringung von Rohrheizkörpern.

Aus der US-19 45 103 ist bekannt geworden, Rohre eines Verdampfers in wendelförmige Nuten eines gegossenen Verdampfer­ körpers einzulöten. Dadurch wird ein guter Wärmeübergang erzielt. Die Anbringung von Rohrheizkörpern auf einem ein- oder mehrschichtig aufgebauten Rohr mit im wesentlichen glatter Außenwand ist damit nicht möglich. Vor allem die Verlötung mit den für Rohrheizkörpern erforderlichen hochtemperaturbeständigen Lötverfahren ist bei einer Anordnung in tiefen Nuten nicht betriebssicher durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine vereinfachte Anbringung der Rohrheizkörper in gutem und über das Heizelement vergleich­ mäßigtem Wärmekontakt ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Auflötung wird ein ausgezeichneter Wärmekontakt hergestellt, der unter allen Betriebsbedingungen aufrechter­ halten wird. Es kann dazu beispielsweise ein hochtemperatur­ festes Nickellot verwendet werden, das sehr gut mittels Ofenlötung ohne Schutzgas oder zusätzliche Flußmittel verarbeitet werden kann. Das Heizelement ist beispielsweise ein langgestrecktes Rohr, dessen Innenwand völlig glatt ist und das mit Anschlußflanschen direkt in Rohrleitungen eingeschaltet werden kann. Bei großer Effektivität und großer möglicher Heizflächenbelastung kann dadurch ein sehr wirksames Durch­ lauf-Heizelement geschaffen werden, das ohne besondere Halterungen oder Räume zu seiner Aufnahme auskommt. Der Rohrheizkörper ist vor der Verlötung mit kleinerem Wendelinnen­ durchmesser gewickelt als der endgültige Wandungs-Außendurch­ messer. Die Aufbringung auf die Wandung erfolgt so, daß durch die Relativbewegung zwischen Rohrheizkörperinnenfläche und Wandungs-Außenfläche eine Vorspannung bzw. ein Kontaktdruck zwischen diesen Flächen entsteht. Durch dieses Prinzip werden bei der Erfindung ein enger Kontakt und geringste sowie gleichmäßige Spalte zwischen den zu verlötetenden Flächen so lange aufrechterhalten, wie dies nötig ist, nämlich bis zur Verlötung.

Wird bei der Aufbringung die Wendel nach Art einer Schrauben­ feder etwas aufgedreht, so vergrößert sich der Durchmesser. Nach Aufschieben auf die Wandung schnappt dann die Schraubenfeder wieder zusammen und bildet eine eigene Vorspannung, die den Rohrheizkörper an die Wandung anpreßt. Unter diesen Umständen ist eine besonders wirksame Ofenlötung möglich.

Eine besonders gute Wärmeübertragung wird erreicht, wenn zwischen benachbarten Rohrheizkörperwindungen ein wendelförmiger Zwischensteg eingelötet ist. Dabei kann der Raum zwischen dem Zwischensteg und den Rohrheizkörperwindungen überwiegend mit Lot gefüllt sein, so daß ein massives Element entsteht, bei dem ³/₄ des Rohrheizkörperumfanges in unmittelbarer wärmeleitender Verbindung mit der von dem beheizten Medium bestrichenen Wandung steht. Der Zwischensteg ist dabei wichtig, um ausreichend schmale Spalte zu bilden, die kapillar mit dem Lot gefüllt werden können. Es ist dabei möglich, daß der Zwischen­ steg eine dem Rohrheizkörper angepaßte Form hat oder der Rohrheizkörper der Form des Zwischensteges angepaßt ist. Es hat sich jedoch als ausreichend gezeigt, wenn der Zwischensteg einen schmal rechteckigen Querschnitt hat und mit einer Schmalseite an der Wandung anliegt. Er kann somit aus einem wendelförmig gewickelten Blechstreifen hergestellt sein, der mit dem Rohrheizkörper ineinander geschachtelte Wendeln bildet.

Der Rohrheizkörper hat eine der Wandung zugekehrte Flachseite, um einen möglichst großen unmittelbaren Kontakt zwischen Rohrheizkörper und Wandung ohne Zwischenschaltung größerer Lotmengen herzustellen.

Es sollte stets dafür gesorgt werden, daß das Heizelement vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist. Zu diesem Zwecke kann im Heizelement und/oder seinen Anschlüssen eine Drosseleinrich­ tung, beispielsweise eine Drosselscheibe vorgesehen sein, die bei einem Leerlaufen des Gerätes die Flüssigkeit bevorzugt im Heizelement zurückhält. Das Heizelement nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die beheizte Wandung der Reinigung besonders gut zugänglich ist und eine Neigung zum Ansetzen von Fest­ stoffen, beispielsweise Verkalkung, nicht besteht. Die elektrische Sicherheit ist besonders groß, weil die Rohrheiz­ körper außerhalb des zu beheizten Mediums angeordnet sind, und insbesondere bei gegen Überhitzung empfindlichen Medien, wie beispielsweise Speiseölen, findet ein Temperaturausgleich statt, der bei der Verwendung von ungeschützten Rohrheizkörpern zu punktuellen Überhitzungen, beispielsweise in Innenwindungen der Heizkörper, führen könnte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Heizelement und

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt durch ein Heizelement.

Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Heizelement 1 weist einen Rohrstutzen auf, der an seinen beiden Enden mit Flanschen 2, 3 versehen ist, so daß er problemlos beispiels­ weise in eine bestehende Rohrleitung eingeschaltet werden kann.

Auf die Außenwandung des Rohrstutzens ist ein Rohrheizkörper 4 wendelförmig aufgelötet. Die beiden Enden des Rohrheizkörpers 4 ragen etwas tangential ab und durchbrechen einen dünnen Blechmantel 5, der den Rohrheizkörper 4 im Bereich der Rohrheizkörper-Wendel mit Abstand umgibt. Der Zwischenraum 6 zwischen dem Blechmantel 5 und den Rohrheizkörper-Wendeln ist mit einem isolierenden Material, beispielsweise Glaswolle gefüllt.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Rohrheizkörper 4 einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt auf und liegt mit einer seiner drei Seitenflächen plan auf der Außenwandung des Rohrstutzens auf. Zur äußeren Beheizung des Rohrstutzens können jedoch auch Rohrheizkörper 4 verwendet werden, die andere Querschnitte aufweisen. So ist es beispielsweise möglich und auch vorteilhaft, einen Rohrheizkörper 4 von im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt zu verwenden (vgl. Fig. 2).

Unabhängig von der Querschnittsform des Rohrheizkörpers 4 ist es von Vorteil, wenn zur Anbringung des Rohrheizkörpers 4 wie folgt vorgegangen wird:

Zunächst wird der Rohrheizkörper 4 zu einer Wendel gewickelt, deren Innendurchmesser kleiner ist, als der Außendurchmesser des Rohrstutzens. Ist dies geschehen, so werden die beiden Enden der Rohrheizkörper-Wendel geringfügig so gegeneinander verdreht, daß sich die Rohrheizkörper-Wendel aufweitet und problemlos über den Rohrstutzen geschoben werden kann. Werden jetzt die beiden Rohrheizkörper-Enden losgelassen, so hat dies zur Folge, daß die Rohrheiz­ körper-Wendel "zusammenschnappt", d. h. die Rohrheiz­ körper-Wendel legt sich selbsttätig dicht an die Außenwandung des Rohrstutzens und kann dann vorzugsweise im Lötofen mit dem Rohrstutzen verlötet werden. Durch diese Relativbewegung von Rohrheizkörper 4 und Heizelement 1 und die damit erzeugte elastische Anpressung zwischen der Innenfläche der Rohrheiz­ körperwindung und der Außenfläche des Heizelementes 1 entteht ein zumindest bis zur Verlötung wirksamer inniger Kontaktdruck, der Lötungen vereinfacht und ihre Qualität verbessert. Um einen besonders innigen, die Wärmeleitung fördernden Kontakt zwischen dem Rohrheizkörper 4 und der Rohrstutzen-Wandung zu erzielen, kann zwischen benachbarte Rohrheizkörper-Windungen ein ebenfalls wendelförmiger Zwischensteg 7 eingelötet werden (vgl. Fig. 2). Der Zwischensteg 7 kann aus Blech hergestellt sein und die Form einer Flachwendel haben, die in die Rohrheiz­ körper-Wendel eingeschachtelt ist. Dieser Zwischensteg 7 kann in einem Arbeitsgang zusammen mit dem Rohrheizkörper 4 aufgebracht werden. Auch eine nachträgliche Aufbringung dieses Zwischensteges 7 wäre möglich. Der Raum zwischen dem Zwischen­ steg 7 und den benachbarten Rohrheizkörper-Windungen ist vorzugsweise mit Lot gefüllt, wie dies in Fig. 2 dargestellt und bei Verwendung von pastösem oder schaumförmigem Nickellot im Lötofen problemlos durchführbar ist.

Dem Rohrstutzen kann eine Drosseleinrichtung zugeordnet sein, wodurch die Verweildauer des durchströmenden Mediums und damit dessen Aufheizzeit verlängerbar ist. Eine solche Drosselein­ richtung kann beispielsweise aus einer oder mehreren Loch­ blenden 8 oder aus mehreren, den Durchscnittsquerschnitt jeweils verengenden Zwischenwänden bestehen, die für einen labyrinthartigen Strömungsverlauf Sorge tragen. Sie soll auch das zwischenzeitliche Leerlaufen des Heizelementes behindern.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist nur ein Rohrheizkörper 4 vorgesehen, der die Wandung des Rohrstutzens wendelförmig umgibt. Es wäre jedoch auch möglich, statt eines Rohrheizkörpers 4 mehrere, in Durchströmrichtung hintereinander angeordnete Rohrheizkörper vorzusehen, mit dem Vorteil, daß die Beheizung des durchströmenden Mediums bereichsweise geregelt werden kann.

Claims (7)

1. Heizelement mit einer rohrförmigen Wandung, innerhalb der das zu beheizende Medium strömt, und auf der außen wenigstens ein Rohrheizkörper wendelförmig aufgelö­ tet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Heizelementes (1) zylindrisch und die Innenwand des Heizelementes glatt ist, daß der Rohrheizkörper (4) eine der Wandung zuge­ kehrte, mit dieser verlötete Flachseite hat und vor dem Aufbringen auf die Wandung des Heizelementes (1) und der Verlötung mit einem Wendelinnendurchmesser gewickelt ist, der kleiner als der Wandungsaußendurchmesser ist und unter elastischer Aufweitung auf die Außenwandung aufgebracht ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Rohrheizkörper-Windungen überwiegend mit Lot überdeckt ist.

3. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarte Rohrheizkörper-Windungen ein von dem Lot umschlossener wendel­ förmiger Zwischensteg (7) eingelötet ist.

4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischensteg (7) einen schmalen rechteckigen Querschnitt hat und mit einer Schmalseite an der Wan­ dung anliegt.

5. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Anschlußflansche (2, 3) zum Anschluß an Rohrlei­ tungen hat.

6. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in ihm und/oder an seinem zuströmseitigen Anschluß eine Drosseleinrichtung (8) vorgesehen ist.

7. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrheizkörper (4) von einem isolierten Gehäuse (5) umgeben ist.