DE4012643A1

DE4012643A1 - Verfahren und anordnung von folienartigen heizelementen fuer wassererwaermende geraete, insbesondere durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE4012643A1
Application number: DE19904012643
Authority: DE
Inventors: Stefan Schaefer; Winfried Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1990-12-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung für wassererwärmende Geräte, insbesondere Durchlauferhitzer, wobei als Heizelemente flächenförmige Folien verwendet werden, zwischen denen sich der durch Siebdruck von Metalleitklebern hergestellte Heizleiter befindet.

Bei wassererwärmenden Geräten, insbesondere Durchlauferhitzern fließt das Wasser an durch Strom erhitzten Heizelementen vorbei und nimmt die Wärme auf. Es sind Durchlauferhitzer bekannt bei denen das Heizelement aus einem Kupferrohr besteht, in dem ein Heizdraht verläuft und der gegen das Kupferrohr durch eine Füllung von mineralischen Stoffen elektrisch isoliert ist. Das Kupferrohr wird dabei zu Spiralen zu einer solchen Länge geformt, so daß die notwendige Heizleistung erreicht wird.

Weiterhin sind Durchlauferhitzer bekannt, bei denen sich Spiralen aus blankem Heizdraht im Wasser befinden.

In beiden genannten Fällen steht nur eine begrenzte Oberfläche der Heizelemente zur Verfügung, die sich aus elektrischen und geometrischen Gründen ergibt. Werden diese Heizelemente zu stark erhitzt, so bildet sich an ihrer Oberfläche Wasserdampf, der eine weitere Wärmeableitung verhindert, was die Erhitzung der Heizelemente weiter fördert. Daher kann nur eine beschränkte Heizleistung zugeführt werden. Im Falle der Blankdrähte werden die Drahtspiralen mit Stromstößen versehen, die so bemessen sind, daß gerade ein Glühen verhindert wird, was einen großen, komplexen Aufwand an elektronischer Regelung erfordert. In jedem Falle aber erfolgt wegen der starken Erhitzung eine erhöhte Korrosion der Metalloberflächen bzw. eine verstärkte Kalkablagerung.

Solche Durchlauferhitzer bewältigen Leistungen bis ca. 20 KW, was einer Strömungsgeschwindigkeit des erwärmten Wassers bei einer Durchschnittstemperatur von 45 Grad Celsius von ca. 10 Litern pro Minute entspricht. Die Füllung einer Badewanne würde danach einen unkomfortabel langen Zeitraum in Anspruch nehmen. Ebenso unbefriedigend ist eine gleichzeitige Entnahme an mehreren Zapfstellen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, indem die Wärmeübergangsfläche stark erhöht wird. Überraschenderweise wird dieses erreicht, indem mehrere dünne, flächenförmige Heizleiter eingesetzt werden, die zwischen Folien aus temperaturbeständigem Kunststoff luftdicht und blasenfrei einlaminiert werden. Dabei werden beide Seiten dieser flächenförmigen Folienheizleiter vom Wasser umströmt, so daß hier unmittelbar eine Verdopplung der Wärmeübergangsfläche auftritt. Diese Kunststoffolien haben hervorragende elektrische Eigenschaften und sind praktisch für Wasser oder Wassermoleküle auch bei höherer Temperatur undurchdringlich. Durch Stapeln solcher flächenartiger Folien mit einem für eine Durchströmung günstigen Abstand kann der Wärmeübergang und damit die zugeführte Leistung beträchtlich gesteigert werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Heizleiter durch Siebdruck einer Silber- oder Kupferleitpaste auf eine solche Kunststoffolie aufgebracht, diese Folie dann mit einer anderen laminiert und so zu einem Folienverbund vereinigt wird, welcher elektrisch völlig isoliert ist. Die Anschlüsse dieser Heizleitung bestehen aus dünnem Kupferblech, was ebenfalls in dieses Folienpaket einlaminiert wird, nachdem das Kupfer auf den durch Siebdruck aufgebrachten Leitkleber aufgelegt und durch einen Temperprozeß mit diesem mechanisch und elektrisch leitend verbunden wurde. Die Fläche der Folie ist größer als die eigentliche Fläche des elektrischen Heizelements, so daß dieser Teil der Folie durch eine umlaufende Dichtung aus elastischem Kunststoff am äußeren Blechgehäuse vom Inneren des Durchlauferhitzers getrennt ist und damit auch die als elektrischer Anschluß dienenden Kupferbleche. Den Wärmeübergang von der flächenhaften Folie zum vorbeiströmenden Wasser kann man noch erheblich steigern, wenn das Folienpaket durch zwei kupferkaschierte Folien bzw. Kupferfolien auf jeder Seite ergänzt wird. Die Dicke der Folien bzw. des Kupfers bewegt sich zwischen 30 und 50 Mikrometer, so daß ein komplettes Folienpaket nur eine Gesamtdicke von ca. 100-150 Mikrometer hat. Überraschenderweise nimmt bei diesen Folienstärken wegen der großen Wärmeübergangsfläche und dem geringen Wärmewiderstand der dünnen Kunststoffolien die Oberfläche des Folienpakets eine Temperatur ein, die nur um wenige Grad über der des aufgewärmten Wassers liegt. Auf diese Weise erleiden die Folien und der Heizleiter nur eine geringe thermische Belastung, eine Überhitzung kann nicht auftreten wegen der guten Wärmeleitung der umhüllenden Kupferschicht. Damit wird gleichzeitig die Abscheidung von Kalk verhindert. Zusätzlich liefert die Kupferumhüllung einen guten elektrischen Schutz, da diese Kupferumhüllung der Folienpakete sich leicht zusammenkontaktieren und mit dem Gehäuse bzw. Erdanschluß verbinden läßt.

Wegen der starken Erhöhung der Wärmeübergangsfläche bei gleichzeitiger Verringerung des Wärmewiderstandes infolge der geringen Dicke der Folien ergibt sich eine beträchtliche Erhöhung des Leistungsbereichs solcher Warmwassergeräte, die nun auf bis zu mehr als 40 KW Leistung ausgelegt werden können. Zusätzlich steigt wegen obengenannter Vorteile die Lebensdauer solcher Geräte.

Es sei erwähnt, daß sich solche Folienpakete sehr kostengünstig herstellen lassen im Vergleich etwa zu Heizelementen konventioneller Geräte.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von darstellenden Skizzen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Folienpaket (1) im Querschnitt. Auf einer der beiden gleichartigen Folien (11) aus temperaturbeständigem Kunststoff vorzugsweise Polyester (PETP) oder Polyimid (PI) wird mittels Siebdruck einer Silber- bzw. Kupferleitpaste der Heizleiter (14) aufgedruckt, und noch in siebdruckfeuchtem Zustand das Kupferkontaktblech (15) auf den dafür vorgesehenen Bereich des Heizkörpers gelegt und durch Andrücken innig mit dem Leitkleber verbunden. Danach wird die Folie (11) mit dem Kupferkontaktblech (15) entsprechend den Datenblattangaben für solche Leitkleber einer Temperaturbehandlung unterzogen.

Anschließend werden die zweite Folie (11) und die Folien (12) und gegebenenfalls (13) ebenfalls vorzugsweise durch Siebdruck mit einem Kleber versehen, der vorzugsweise aus Epoxydharz besteht. Das ganze Folienpaket (1) wird unter Druck und Temperatur in einem Laminator luftdicht und blasenfrei zusammengefügt.

In Fig. 2 ist die Draufsicht eines solchen Folienpaketes (1) dargestellt, wobei die Heizfläche einen geringeren Raum einnimmt als die Gesamtfläche. Dargestellt ist auch ein zweifacher elektrischer Anschluß über die Kupferkontaktbleche (15).

In Fig. 3 wird der Aufbau eines Durchlauferhitzers dargestellt, der aus einem Verbund der Folienpakete (1), dem Rahmen (2), der die Folienpakete (1) in einer bestimmten Anordnung fixiert, und dem Gehäuse (3) besteht. Einlaß (4) und Auslaß (5) sind natürlich so angeordnet, daß der Wasserstrom ungehindert und gleichmäßig den Verbund der Folienpakete (1) durchströmen kann. Die Dichtungen (8) dichten mit Hilfe der Verschraubung (6) die Folien gegenseitig und zusammen gegen das Innere des Durchlauferhitzers und ebenso die Kupferkontaktbleche (15) ab. Das Verbindungsstück (7) ermöglicht die lagenweise Anordnung und Abdichtung der Folienpakete (1). Die Löcher für die Verschraubungen (6) in den Folienpaketen sind in dem Randbereich, der die Fläche des Heizleiters überragt, untergebracht.

Natürlich können auch andere geometrische Anordnungen solcher Folienpakete gewählt werden, beispielsweise wenn ein einziges Folienpaket zu einer Rolle geformt wird. Auch kann die Zahl und Größe der Folienpakete variiert werden. Eine andere Anordnung kann die Form eines Mäanders einnehmen.

Claims

1. Verfahren und Anordnung für wassererwärmende Geräte insbesondere Durchlauferhitzer mit von Strom durchflossenen Heizleitern, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizungselement flächenhafte Folien (11 bis 13), die aus mehreren Lagen bestehen, verwendet werden, und zwischen denen auf eine der Folien (11) der Heizleiter (14) durch Siebdruck von Silber- oder Kupferleitkleber aufgebracht wird und die Folien miteinander luftdicht und blasenfrei verklebt werden.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferfolie (13) oder eine kupferkaschierte Folie (12) auf die Außenfläche auflaminiert wird.

3. Heizelement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (11 bis 13) eine Dicke von 15 bis 100 Mikrometer haben.

4. Heizelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (14) durch ein Kupferblech (15) kontaktiert wird, welches auf den siebdruckfeuchten Leitkleber aufgedrückt wird.

5. Heizelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (14) in seiner flächenhaften Ausdehnung kleiner ist als die Folie (11).

6. Heizelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (11 bis 13) durch Siebdruck aufgebrachten Heißkleber oder Epoxydharz miteinander in einem Laminierungsprozeß verbunden sind.

7. Heizelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (11 bis 13) aus einem temperaturbeständigem Kunststoff bestehen.

8. Heizelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Folien (11 bis 13) aus Polyester (PETP) oder Polyimid (PI) bestehen.

9. Heizelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mehreren Folienpaketen (1) besteht.

10. Heizelement nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienpakete (1) elektrisch parallel geschaltet sind.

11. Heizelement nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienpakete (1) elektrisch in Reihe geschaltet sind.

12. Heizelement nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienpakete (1) durch einen Rahmen (2) auf gleichmäßigen Abstand gehalten werden.

13. Heizelement nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht (13) zusammen mit dem Rahmen (2) und dem Gehäuse (3) geerdet werden.

14. Heizelement nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eines Heizleiters (14) einen Wert von 5 bis 25 Ohm aufweist.

15. Heizelement nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienpakete (1) zu einem spiralförmig gerollten Zylinder geformt werden.

16. Heizelement nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienpakete (1) in Mäanderform gebracht werden.