EP2410813B1 - Elektrischer Heizkörper und Durchlauferhitzer - Google Patents

Elektrischer Heizkörper und Durchlauferhitzer Download PDF

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EP2410813B1
EP2410813B1 EP11172783.0A EP11172783A EP2410813B1 EP 2410813 B1 EP2410813 B1 EP 2410813B1 EP 11172783 A EP11172783 A EP 11172783A EP 2410813 B1 EP2410813 B1 EP 2410813B1
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EP
European Patent Office
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pipe
wall
heater
tube
heater according
Prior art date
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EP11172783.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2410813A1 (de
Inventor
Michael Gruber
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/14—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form
    • F24H1/142—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0015—Guiding means in water channels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • A47L15/4285—Water-heater arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an electric radiator according to the preamble of claim 1, wherein the radiator has a first tube for receiving a heating element, which is electrically insulated from the tube wall of the first tube, and to be flowed through by a fluid to be heated second tube, and a water heater with such an electric radiator.
  • Electric heaters for example, for heating a liquid fluid such as water, are divided in principle according to their design in tubular heating systems or bare wire systems.
  • Tubular heater systems are characterized in that an electrical heating element is arranged outside the fluid flow and thus there is no direct contact between the fluid to be heated and the electric heating element.
  • a radiator is eg in the German patent DE 39 05 398 C1 shown.
  • the radiator has substantially a flow tube for carrying out the water to be heated and a heating coil for heating the water.
  • the heating coil is arranged in a metal tube, which is spirally wound around the flow tube.
  • the metal tube is filled with magnesium oxide powder, which completely covers the heating coil.
  • the metal tube is soldered to the flow tube, wherein to increase the contact area between the flow tube and the metal tube and thus to improve the heat transfer from the heating coil to the water, the metal tube has a triangular cross-section.
  • the energy losses of this radiator are quite high and, in particular in the case of damage to the solder joint, there is no sufficient heating of the water.
  • the surface available for heat transfer to the water must be as large as possible, whereby such a tubular heater takes up relatively large space.
  • Bare wire systems are characterized in that an electrical heating element is arranged in the fluid flow and thus a direct contact between the heating element and the fluid.
  • a radiator is eg in the German patent DE 28 03 951 C1 shown.
  • the radiator has a flow channel for defining a heating path for the water to be heated, in which a heating coil is arranged without electrical insulation.
  • the water is under tension, so that in the water, a leakage current according to its electrical conductivity flows.
  • the flow channel is made of a material with a high insulation resistance such as plastic.
  • upstream of the flow channel a water supply path and downstream of the flow channel, a water overrun of one non-conductive material is provided.
  • the bare wire bodies offer much better efficiencies than the tubular heaters, but are not approved in every country.
  • the DE 20 2010 006 739 U1 relates to a water heater, which shows an electric heater whose tubular heater is arranged in a sheet metal profile and stored in this via radial webs.
  • the tubular heater is surrounded by a plurality of fluid-carrying tubes, which are guided by the webs and spaced from the tubular heater.
  • the DE 10 2007 056169 A1 relates to an electric heater having a tubular heater in a fluid-carrying outer tube.
  • the tubular heater is arranged coaxially to the outer tube and is supported by webs on this.
  • the DE 22 18 796 B relates to a water heater, which shows an electric heater, the tubular heater is arranged inside the tube in a fluid-conducting outer tube.
  • the tubular heater is arranged coaxially to the outer tube and is supported on this radial ribs on this.
  • Object of the present invention is to provide an electric heater which eliminates the aforementioned disadvantages and in an electrically insulated heating coil has a high energy efficiency, and to provide a water heater with such an electric radiator.
  • An electric heater has a first tube for receiving a heating element, which is electrically insulated from the tube wall of the first tube, and a second tube to be flowed through by a fluid to be heated.
  • the second tube is an outer tube and the first tube is an inner tube arranged in the interior of the outer tube.
  • the fluid flowing through the outer tube for example water
  • a much better heat transfer is achieved in comparison to known tubular heaters, so that the used electrical energy is available to a greater extent for heating the fluid and the radiator according to the invention thus has an improved efficiency.
  • the energy loss is reduced, so that the radiator according to the invention has a significantly improved efficiency over known tubular heaters.
  • the risk of calcification is greatly reduced by the increased heat transfer surface of the radiator.
  • the radiator is made compact by the internal arrangement of the inner tube or the heating coil.
  • the inner tube is supported via ribs with a high thermal conductivity, in particular via metallic ribs, on the inner wall of the second tube or outer tube.
  • ribs with a high thermal conductivity in particular via metallic ribs
  • the inner tube is supported via ribs with a high thermal conductivity, in particular via metallic ribs, on the inner wall of the second tube or outer tube.
  • a stable positioning of the inner tube in the outer tube is achieved and on the other heat-conducting bridges between the inner tube and the outer tube created whereby not only the wall or lateral surface of the inner tube serves as a heat transfer surface, but also the rib surfaces, which thus the heat radially into the outer tube, whereby the heating of the fluid is further accelerated.
  • the ribs are formed as partitions that divide the interior into a plurality of channels.
  • the heat transfer surface is increased not only in the radial direction, but also in the axial direction, whereby an even faster heating of the fluid takes place.
  • the partitions may also be installed in addition to the ribs.
  • the ribs and / or the intermediate walls may be formed as webs, radial projections of the inner tube and the like.
  • an embodiment provides for the intermediate walls to be wedge-shaped in the radial direction.
  • the heating coil with the magnesium powder is accommodated in a metal tube, which is inserted into the inner tube and, for example, soldered to it to produce a high thermal conductivity.
  • This variant is very simple can be produced because the metal tube rolled and thus the recorded magnesium oxide powder can be highly compressed.
  • the outer tube is made of a material having a high thermal conductivity, so that the heat is also introduced into the wall of the outer tube via the ribs or the partition walls, whereby the heat transfer surface is further increased.
  • heat is released into the fluid over all side surfaces of the channels, so that it is heated almost from all sides and thereby almost uniformly over its cross section and is heated even faster and in particular energy efficient.
  • an embodiment provides a thermal insulation to the sheathing of the outer tube.
  • the heat transfer between the inner tube, the intermediate walls and the outer tube can be improved if the radiator is formed as an integral component with a high thermal conductivity such as a metal profile.
  • the component can be produced for example by a generative manufacturing process or particularly simple, fast and inexpensive by an extrusion process.
  • the inner tube, the outer tube and the ribs can also be designed as subsequently to be interconnected individual components.
  • the ribs or at least some of the ribs may be integrally formed with the outer tube or the inner tube.
  • the outer tube is made of a material with poor thermal conductivity, such as, e.g. Plastic or with a thermal conductivity which is less than the thermal conductivity of the inner tube and / or the ribs or partitions.
  • a material with poor thermal conductivity such as, e.g. Plastic or with a thermal conductivity which is less than the thermal conductivity of the inner tube and / or the ribs or partitions.
  • An embodiment provides end caps for the frontal or axial closing of the channels, each having a connecting piece as a liquid inlet or liquid outlet, a radially inner inner wall to the frontal support have on the inner tube and a radially outer outer wall to the frontal support on the outer tube.
  • the end caps which are preferably plastic-based injection-molded parts, allow a reliable sealing of the channels and in particular a spatial and electrically insulating separation of necessary fluid and electrical power connections.
  • the inner wall and the outer wall form an annular space into which the respective connecting piece opens or from which it extends, and which allows a uniform and fluidically favorable distribution of the inflowing fluid into all channels or a correspondingly uniform removal.
  • the end caps are designed so that the individual channels are connected in a meandering manner and thus define a single multiple deflected flow channel. This can be achieved, for example, by forming a plurality of deflection regions in the end caps between the outer wall and the inner wall, each of which produces a fluid connection between two adjacent parallel channels. As a result, the water is guided longer along the heated channel surfaces and thus more heat can be transferred to the water at the same heat output over a longer compared to the previous variant period.
  • the inner wall may have an axially close opening for receiving an electrical connector for the heating coil.
  • a preferred instantaneous water heater is provided with an electric heater according to the invention and is characterized in particular by high efficiency, high safety, low calcification, a compact design and cost-effective production.
  • the present invention is particularly suitable for providing a compact heater for an electrical domestic appliance, in particular a water heater for heating water, which has a high efficiency in an insulated heating coil.
  • FIG. 1 has a radiator 1 according to the invention, in particular for a household appliance such as a water heater, for heating water, an outer tube 2, an inner tube 4 and a plurality of ribs 6a, 6b, 6c, ....
  • the inner tube 4 is coaxial with the outer tube 2 in whose interior 8 is arranged and connected via the ribs 6a, 6b, 6c, integral with the outer tube 2.
  • the outer tube 2 Shown are the outer tube 2, the inner tube 4 and the ribs 6a, 6b, 6c, ... formed as a cylindrical one-piece metal profile 10, which is for example an extruded profile. It consists of a material or an alloy with a high thermal conductivity such as copper and is corrosion resistant to the respective fluid to be heated.
  • the ribs 6a, 6b, 6c,... Extend radially outward from the inner tube 4 and are formed as axially oriented partitions which divide the inner space 8 into a plurality of parallel channels 12a, 12b, 12c, ... subdivide, which are arranged circumferentially of the inner tube 4.
  • an electric heating coil 14 is arranged, which is electrically insulated from the tube wall 18 of the inner tube 4 via an electrically insulating powder 16, for example magnesium oxide powder, positioned in the inner tube 6.
  • the heating coil 14 is preferably made of copper and has such a diameter or internal resistance that it heats up when energized.
  • the ribs or intermediate walls 6a, 6b, 6c,... are each tapered outwards in the radial direction and have a wedge-like cross section. In the embodiment shown, eight equally formed partitions 6a, 6b, 6c, ... are provided.
  • the channels 12a, 12b, 12c, ... serve to receive the water to be heated. They and thus the outer tube 2 are flowed through in the longitudinal direction of the water and each have an approximately trapezoidal, equal in cross-section. According to the number of partitions 6a, 6b, 6c, ... eight channels 12a, 12b, 12c, ... are formed.
  • the energy transferred per unit area to the water can be optimized by increasing the number of partitions 6a, 6b, 6c, ..., thereby reducing calcification of the water-bearing channels 12a, 12b, 12c, ....
  • the outer tube 2 is circumferentially encased by a thermal insulation 20.
  • the heating coil 14 As soon as the heating coil 14 is energized, it heats up. The heating coil 14 releases heat to the tube wall 18 of the inner tube 4 via the magnesium oxide powder. From the inner tube wall 18, the heat is introduced via the heating intermediate walls 6a, 6b, 6c, ... in the wall 22 of the outer tube 4. Thus, all, the channels 12a, 12b, 12c, ... forming side surfaces of the metal profile 2 are heated and the water flowing through is virtually fully from the axial, radial and circumferential direction is heated and a correspondingly fast and efficient heating of the water takes place.
  • the radiator 1 can as in FIG. 3 shown closed in each case via an end cap 24 at the end.
  • the end cap 24 which is preferably a plastic-based injection molded part, has a cylindrical outer wall 26, a cylindrical inner wall 28 extending coaxially with the outer wall 26, and a radial connecting piece 30 for connecting a cold water inlet or a hot water outlet.
  • the end cap 24 has a tapered outer wall portion 32 which is extended beyond the inner wall 28 in the axial direction and is formed by a radial downgrading of the outer wall 26.
  • the end cap 24 engages with the taperedusuallywandungsabrough 32 an end wall portion 34 of the outer tube 2 and is supported with its outer wall 26 via a seal, not shown on the front side on the outer tube 2 and with its inner wall 28 via a seal not shown from the front side on the inner tube 4 from.
  • an annular space 36 is formed, which extends radially over all channels 12a, 12b, 12c, ... and into which the connecting piece 30 opens or from which the connecting piece 30 extends.
  • the inner wall 28 also defines an axially close opening 38, in which an electrical connector 40 is inserted, which closes the inner tube 4 at the end and to which the heating coil 14 is electrically connected at the end.
  • an electric heater having a first tube for receiving a heating element, which is electrically insulated from the tube wall of the first tube, and to be flowed through by a fluid to be heated second tube, wherein the second tube is an outer tube and the first tube arranged in the interior of the outer tube inner tube.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei der Heizkörper ein erstes Rohr zur Aufnahme eines Heizelementes, das gegenüber der Rohrwandung des ersten Rohres elektrisch isoliert ist, und ein von einem zu erwärmenden Fluid zu durchströmendes zweites Rohr aufweist, und einen Durchlauferhitzer mit einem derartigen elektrischen Heizkörper.
  • Elektrische Heizkörper, beispielsweise zum Erwärmen eines flüssigen Fluids wie Wasser, werden prinzipiell nach Ihrer Bauform in Rohrheizkörpersysteme oder Blankdrahtsysteme unterteilt. Rohrheizkörpersysteme zeichnen sich dadurch aus, dass ein elektrisches Heizelement außerhalb der Fluidströmung angeordnet ist und somit kein direkter Kontakt zwischen dem zu erwärmenden Fluid und dem elektrischen Heizelement besteht. Ein derartiger Heizkörper ist z.B. in dem deutschen Patent DE 39 05 398 C1 gezeigt. Der Heizkörper hat im Wesentlichen ein Durchflussrohr zur Durchführung des zu erwärmenden Wassers sowie eine Heizwendel zum Erwärmen des Wassers. Die Heizwendel ist in einem Metallrohr angeordnet, welches spiralförmig um das Durchflussrohr gewickelt ist. Zur elektrischen Isolierung der Heizwendel gegenüber der Metallrohrwandung ist das Metallrohr mit Magnesiumoxidpulver befüllt, das die Heizwendel vollumfänglich ummantelt. Das Metallrohr ist mit dem Durchflussrohr verlötet, wobei zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Durchflussrohr und dem Metallrohr und somit zur Verbesserung des Wärmeübertrags von der Heizwendel auf das Wasser das Metallrohr einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Energieverluste dieses Heizkörpers recht hoch sind und insbesondere bei einer Beschädigung der Lötverbindung keine ausreichende Erwärmung des Wassers erfolgt. Ferner muss, um ein Verkalken des Durchflussrohres zu verhindern, die zur Wärmeübertragung auf das Wasser verfügbare Oberfläche möglichst groß sein, wodurch ein derartiger Rohrheizkörper verhältnismäßig viel Platz beansprucht.
  • Blankdrahtsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass ein elektrisches Heizelement in der Fluidströmung angeordnet ist und somit ein direkter Kontakt zwischen dem Heizelement und dem Fluid besteht. Ein derartiger Heizkörper ist z.B. in dem deutschen Patent DE 28 03 951 C1 gezeigt. Der Heizkörper hat einen Durchflusskanal zur Definierung einer Heizstrecke für das zu erwärmende Wasser, in dem eine Heizwendel ohne elektrische Isolierung angeordnet ist. Hierdurch steht das Wasser unter Spannung, so dass in dem Wasser ein Ableitstrom entsprechend seiner elektrischen Leitfähigkeit fließt. Um den Benutzer eines derartigen Heizkörpers nicht zu gefährden, besteht der Durchflusskanal aus einem Material mit einem hohen Isolationswiderstand wie Kunststoff. Zusätzlich ist stromaufwärts des Durchflusskanals eine Wasservorlaufstrecke sowie stromabwärts des Durchflusskanals eine Wassernachlaufstrecke aus jeweils einem nicht leitenden Material vorgesehen. Die Blankdrahtkörper bieten wesentlich bessere Wirkungsgrade als die Rohrheizkörper, sind jedoch nicht in jedem Land zugelassen.
  • Die DE 20 2010 006 739 U1 betrifft einen Durchlauferhitzer, der einen elektrischen Heizkörper zeigt, dessen Rohrheizkörper in einem Blechprofil angeordnet und in diesem über radiale Stege gelagert ist. Der Rohrheizkörper ist von einer Vielzahl von fluidführenden Rohren umgeben, die durch die Stege geführt und von dem Rohrheizkörper beabstandet sind.
  • Die DE 10 2007 056169 A1 betrifft einen elektrischen Heizkörper, der einen schlauchartigen Heizkörper in einem fluidführenden Außenschlauch aufweist. Der schlauchartige Heizkörper ist koaxial zum Außenschlauch angeordnet und stützt sich über Stege an diesem ab.
  • Die DE 22 18 796 B betrifft einen Durchlauferhitzer, der einen elektrischen Heizkörper zeigt, dessen Rohrheizkörper innenrohrartig in einem fluidführenden Außenrohr angeordnet ist. Der Rohrheizkörper ist koaxial zum Außenrohr angeordnet und stützt sich über radiale Stege an diesem ab.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Heizkörper der die vorgenannten Nachteile beseitigt und bei einer elektrisch isolierten Heizwendel eine hohe Energieeffizienz aufweist, sowie einen Durchlauferhitzer mit einem derartigen elektrischen Heizkörper zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Heizkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Durchlauferhitzer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
  • Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander ersetzbar sind, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer elektrischer Heizkörper hat ein erstes Rohr zur Aufnahme eines Heizelementes, das gegenüber der Rohrwandung des ersten Rohres elektrisch isoliert ist, und ein von einem zu erwärmenden Fluid zu durchströmendes zweites Rohr. Erfindungsgemäß ist das zweite Rohr ein Außenrohr und das erste Rohr ein im Innenraum des Außenrohrs angeordnetes Innenrohr.
  • Somit umströmt erfindungsgemäß das durch das Außenrohr fließende Fluid, beispielsweise Wasser, das die Heizwendel aufweisende Innenrohr vollumfänglich, so dass die Wärmeübertragungsfläche im Prinzip einer Mantelfläche des Innenrohrs entspricht und das Fluid schnell erwärmt wird. Hierdurch wird im Vergleich zu bekannten Rohrheizkörpern eine wesentlich bessere Wärmeübertragung erreicht, so dass die eingesetzte elektrische Energie zu einem größeren Anteil zum Erwärmen des Fluids zur Verfügung steht und der erfindungsgemäße Heizkörper somit eine verbesserte Effizienz aufweist. Gleichzeitig wird der Energieverlust reduziert, so dass der erfindungsgemäße Heizkörper einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad gegenüber bekannten Rohrheizkörpern aufweist. Die Gefahr einer Verkalkung ist über die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche des Heizkörpers stark reduziert. Darüber hinaus ist der Heizkörper durch die innenliegende Anordnung des Innenrohrs bzw. der Heizwendel kompakt ausführbar.
  • Erfindungsgemäß stützt sich das Innenrohr über Rippen mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere über metallische Rippen, an der Innenwandung des zweiten Rohrs bzw. Außenrohrs ab. Hierdurch wird zum einen eine stabile Positionierung des Innenrohrs in dem Außenrohr erreicht und zum anderen werden Wärmeleitbrücken zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr geschaffen, wodurch nicht nur die Wandung bzw. Mantelfläche des Innenrohrs als Wärmeübertragungsfläche dient, sondern ebenfalls die Rippenflächen, die die Wärme somit radial in das Außenrohr einleiten, wodurch die Erwärmung des Fluids weiter beschleunigt wird.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Rippen als Zwischenwände ausgebildet, die den Innenraum in eine Vielzahl von Kanälen unterteilen. Hierdurch wird die Wärmeübertragungsfläche nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung vergrößert, wodurch eine noch schnellere Erwärmung des Fluids erfolgt. Die Zwischenwände können jedoch auch zusätzlich zu den Rippen installiert sein. Ebenfalls können die Rippen und/oder die Zwischenwände als Stege, radiale Vorsprünge des Innenrohrs und drgl. ausgebildet sein.
  • Um zu erreichen, dass die Rippen bzw. Zwischenwände über ihre gesamte radiale Erstreckung ausreichend erwärmt werden, sieht ein Ausführungsbeispiel vor, die Zwischenwände in radialer Richtung keilartig auslaufen zu lassen.
  • Erfindungsgemäß ist die Heizwendel mit dem Magnesiumpulver in einem Metallrohr aufgenommen, das in das Innenrohr eingesetzt und mit diesem zur Herstellung einer hohen Wärmeleitfähigkeit bspw. verlötet ist. Diese Variante ist besonders einfach herstellbar, da das Metallrohr gewalzt und somit das aufgenommene Magnesiumoxidpulver hoch verdichtet werden kann.
  • Bevorzugterweise besteht das Außenrohr aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, so dass über die Rippen bzw. die Zwischenwände die Wärme auch in die Wandung des Außenrohrs eingeleitet wird, wodurch die Wärmeübertragungsfläche weiter vergrößert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird über sämtliche Seitenflächen der Kanäle Wärme in das Fluid abgegeben, so dass dieses quasi von allen Seiten und dabei nahezu gleichmäßig über seinen Querschnitt erwärmt wird und noch schneller und insbesondere energieeffizient erwärmt wird.
  • Um zu verhindern, dass das Außenrohr seine Wärme radial nach außen abstrahlt sieht ein Ausführungsbeispiel eine thermische Isolierung zur Ummantelung des Außenrohrs vor.
  • Die Wärmeübertragung zwischen dem Innenrohr, den Zwischenwänden und dem Außenrohr lässt sich verbessern, wenn der Heizkörper als ein integrales Bauteil mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie ein Metallprofil ausgebildet ist. Das Bauteil kann beispielsweise durch ein generatives Herstellungsverfahren hergestellt werden oder besonders einfach, schnell und kostengünstig durch ein Strangpressverfahren. Das Innenrohr, das Außenrohr und die Rippen können jedoch auch als nachträglich miteinander zu verbindende Einzelbauteile ausgebildet sein. Ebenso können die Rippen bzw. zumindest einige der Rippen mit dem Außenrohr oder dem Innenrohr einstückig ausgebildet sein.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das Außenrohr aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Kunststoff bzw. mit einer Wärmeleitfähigkeit, die geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Innenrohrs und/oder der Rippen bzw. Zwischenwände. Hierdurch ist der Wärmeverlust über das Außenrohr auch ohne Isolation sehr gering. Ebenso wird die Fertigung vereinfacht.
  • Ein Ausführungsbeispiel sieht Endkappen zum stirnseitigen bzw. axialen Verschließen der Kanäle vor, die jeweils einen Anschlussstutzen als Flüssigkeitszulauf bzw. Flüssigkeitsablauf, eine radial innenliegende Innenwandung zur stirnseitigen Abstützung auf dem Innenrohr und eine radial außenliegende Außenwandung zur stirnseitigen Abstützung auf dem Außenrohr aufweisen. Die Endkappen, die bevorzugterweise kunststoffbasierte Spritzgussteile sind, ermöglichen eine verlässliche Abdichtung der Kanäle und insbesondere eine räumliche und elektrisch isolierende Trennung von notwendigen Fluid- und elektrischen Stromanschlüssen.
  • Bei einer Variante bilden die Innenwandung und die Außenwandung einen Ringraum, in den der jeweilige Anschlussstutzen mündet bzw. von dem sich dieser erstreckt, und der eine gleichmäßige und strömungstechnisch günstige Verteilung des einströmenden Fluids in sämtliche Kanäle bzw. eine entsprechend gleichmäßige Entnahme ermöglicht.
  • Bei einer alternativen Variante sind die Endkappen so gestaltet, dass die einzelnen Kanäle mäanderartig miteinander verbunden sind und somit einen einzelnen vielfach umgelenkten Strömungskanal definieren. Dies lässt sich zum Beispiel dadurch realisieren, dass in den Endkappen zwischen der Außenwandung und der Innenwandung jeweils eine Vielzahl von Umlenkbereichen ausgebildet ist, die jeweils eine Fluidverbindung zwischen zwei benachbarten parallelen Kanälen herstellen. Hierdurch wird das Wasser länger entlang der aufgewärmten Kanalflächen geführt und somit kann bei gleicher Heizleistung über einen im Vergleich zur vorhergehenden Variante längeren Zeitraum mehr Wärme auf das Wasser übertragen werden.
  • Die Innenwandung kann eine achsnahe Öffnung zur Aufnahme eines elektrischen Steckverbinders für die Heizwendel haben.
  • Ein bevorzugter Durchlauferhitzer ist mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Heizkörper versehen und zeichnet sich insbesondere durch einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Sicherheit, eine geringe Verkalkung, eine kompakte Bauweise und eine kostengünstige Herstellung aus.
  • Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Bereitstellung eines kompakten Heizkörpers für ein elektrisches Hausgerät, insbesondere ein Durchlauferhitzer zur Wassererwärmung, der bei einer isolierten Heizwendel einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
  • Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Heizkörper,
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht eines Metallprofils des Heizkörpers aus Figur 1, und
    Figur 3
    einen ausschnitthaften Längsschnitt durch den Heizkörper aus Figur 1, der über eine Endkappe verschlossen ist.
  • Gemäß Figur 1 hat ein erfindungsgemäßer Heizkörper 1, insbesondere für ein Haushaltsgerät wie einen Durchlauferhitzer, zum Erwärmen von Wasser, ein Außenrohr 2, ein Innenrohr 4 und eine Vielzahl von Rippen 6a, 6b, 6c, .... Das Innenrohr 4 ist koaxial zum Außenrohr 2 in dessen Innenraum 8 angeordnet und über die Rippen 6a, 6b, 6c, integral mit dem Außenrohr 2 verbunden. Wie in Figur 2 gezeigt sind das Außenrohr 2, das Innenrohr 4 und die Rippen 6a, 6b, 6c,... als ein zylindrisches einstückiges Metallprofil 10 ausgebildet, welches beispielsweise ein Strangpressprofil ist. Es besteht aus einem Material bzw. einer Legierung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer und ist gegenüber dem jeweiligen zu erwärmenden Fluid korrosionsbeständig.
  • Die Rippen 6a, 6b, 6c,... erstrecken sich sternförmig von dem Innenrohr 4 radial nach außen und sind als sich in Axialrichtung orientierte Zwischenwände ausgebildet, die den Innenraum 8 in eine Vielzahl von parallelen Kanälen 12a, 12b, 12c, ... unterteilen, die umfangsseitig des Innenrohrs 4 angeordnet sind.
  • In dem Innenrohr 4 ist eine elektrische Heizwendel 14 angeordnet, die über ein in dem Innenrohr 6 positioniertes elektrisch isolierendes Pulver 16, beispielsweise Magnesiumoxidpulver, gegenüber der Rohrwandung 18 des Innenrohrs 4 elektrisch isoliert ist. Die Heizwendel 14 besteht vorzugsweise aus Kupfer und hat einen derartigen Durchmesser bzw. Innenwiderstand, dass sie sich bei Bestromung erwärmt.
  • Die Rippen bzw. Zwischenwände 6a, 6b, 6c,... sind jeweils in radialer Richtung nach außen verjüngt und weisen einen keilartigen Querschnitt auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind acht gleichausgebildete Zwischenwände 6a, 6b, 6c,... vorgesehen.
  • Die Kanäle 12a, 12b, 12c, ... dienen zur Aufnahme des zu erwärmenden Wassers. Sie und somit das Außenrohr 2 werden in Längsrichtung von dem Wasser durchströmt und haben jeweils einen etwa trapezförmigen, gleichgroßen Querschnitt. Entsprechend der Anzahl der Zwischenwände 6a, 6b, 6c,... sind acht Kanäle 12a, 12b, 12c, ... ausgebildet. Die Energie, die pro Flächeneinheit an das Wasser übertragen wird, kann durch eine Erhöhung der Zahl der Zwischenwände 6a, 6b, 6c,... optimiert werden, wodurch ein Verkalken der wasserführenden Kanäle 12a, 12b, 12c, ... reduziert wird.
  • Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Heizkörpers 1 ist das Außenrohr 2 umfangsseitig von einer thermischen Isolierung 20 ummantelt.
  • Sobald die Heizwendel 14 bestromt wird, erwärmt sich diese. Die Heizwendel 14 gibt über das Magnesiumoxidpulver Wärme an die Rohrwandung 18 des Innenrohrs 4 ab. Von der Innenrohrwandung 18 wird die Wärme über die sich erwärmenden Zwischenwände 6a, 6b, 6c,... in die Wandung 22 des Außenrohrs 4 eingeleitet. Somit sind sämtliche, die Kanäle 12a, 12b, 12c,... bildenden Seitenflächen des Metallprofils 2 aufgeheizt und das durchströmende Wasser wird quasi vollumfänglich aus Axial-, Radial- und Umfangsrichtung erwärmt wird und eine entsprechend schnelle und effiziente Erwärmung des Wassers erfolgt.
  • Der Heizkörper 1 kann wie in Figur 3 gezeigt über jeweils eine Endkappe 24 endseitig verschlossen werden. Die Endkappe 24, die bevorzugterweise ein kunststoffbasiertes Spritzgussteil ist, hat eine zylindrische Außenwandung 26, eine zylindrische und koaxial zur Außenwandung 26 verlaufende Innenwandung 28 sowie einen radialen Anschlussstutzen 30 zum Anschluss eines Kaltwasserzulaufs bzw. eines Warmwasserablaufs. Darüber hinaus hat die Endkappe 24 einen verjüngten Außenwandungsabschnitt 32, der über die Innenwandung 28 hinaus in axialer Richtung verlängert ist und durch eine radiale Zurückstufung der Außenwandung 26 gebildet ist.
  • Die Endkappe 24 umgreift mit dem verjüngten Außenwandungsabschnitt 32 einen endseitigen Wandungsabschnitt 34 des Außenrohres 2 und stützt sich mit seiner Außenwandung 26 über eine nicht gezeigte Dichtung stirnseitig auf dem Außenrohr 2 sowie mit seiner Innenwandung 28 über eine nicht gezeigte Dichtung stirnseitig auf dem Innenrohr 4 ab. Hierdurch wird zwischen der Außenwandung 26 und der Innenwandung 28 ein Ringraum 36 gebildet, der sich radial über sämtliche Kanäle 12a, 12b, 12c, ... erstreckt und in den der Anschlussstutzen 30 mündet bzw. von dem sich der Anschlussstutzen 30 erstreckt.
  • Die Innenwandung 28 begrenzt darüber hinaus eine achsnahe Öffnung 38, in der ein elektrischer Steckverbinder 40 eingesetzt ist, der das Innenrohr 4 stirnseitig verschließt und an den die Heizwendel 14 endseitig elektrisch angeschlossen ist.
  • Offenbart ist ein elektrischer Heizkörper mit einem ersten Rohr zur Aufnahme eines Heizelementes, das gegenüber der Rohrwandung des ersten Rohres elektrisch isoliert ist, und mit einem von einem zu erwärmenden Fluid zu durchströmenden zweiten Rohr, wobei das zweite Rohr ein Außenrohr ist und das erste Rohr ein im Innenraum des Außenrohrs angeordnetes Innenrohr.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizkörper
    2
    Außenohr
    4
    Innenrohr
    6a, b, c, ...
    Rippe
    8
    Innenraum
    10
    Metallprofil
    12a, b, c, ...
    Kanal
    14
    Heizwendel
    16
    Magnesiumoxid
    18
    Rohrwandung
    20
    Isolierung
    22
    Wandung
    24
    Endkappe
    26
    Außenwandung
    28
    Innenwandung
    30
    Anschlussstutzen
    32
    Außenwandungsabschnitt
    34
    Wandungsabschnitt
    36
    Ringraum
    38
    Öffnung
    40
    Steckverbinder

Claims (12)

  1. Elektrischer Heizkörper (1) mit einem ersten Rohr (4) zur Aufnahme eines Heizelementes (14), das gegenüber der Rohrwandung (18) des ersten Rohres (4) elektrisch isoliert ist, und mit einem von einem zu erwärmenden Fluid zu durchströmenden zweiten Rohr (2), wobei das zweite Rohr (2) ein Außenrohr ist und das erste Rohr (4) ein im Innenraum (8) des Außenrohrs (2) angeordnetes Innenrohr, und sich das Innenrohr (4) über Rippen (6a, 6b, 6c,...) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit an der Wandung (22) des Außenrohrs (2) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (14) in einem Metallrohr angeordnet ist, das in dem Innenrohr (4) eingesetzt und mit diesem thermisch verbunden ist.
  2. Heizkörper nach Anspruch 1, wobei die Rippen (6a, 6b, 6c,...) als Zwischenwände ausgebildet sind, die den Innenraum (8) in eine Vielzahl von Kanälen (12a, 12b, 12c,...) unterteilen.
  3. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rippen bzw. Zwischenwände (6a, 6b, 6c,...) in radialer Richtung keilartig auslaufen.
  4. Heizkörper nach Anspruch 1, 2, oder 3, wobei das Außenrohr (2) aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
  5. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Außenrohr (2) von einer thermischen Isolierung (20) ummantelt ist.
  6. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Innenrohr (4), die Zwischenwände (6a, 6b, 6c,...) und das Außenrohr (2) als ein integrales Bauteil (10) sind.
  7. Heizkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Außenrohr (2) aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
  8. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Endkappen (24) zum Verschließen der Kanäle (12a, 12b, 12c,...) mit jeweils einem Anschlussstutzen (30) als Fluidzulauf oder Fluidablauf vorgesehen sind, die eine radial innenliegende Innenwandung (28) zur stirnseitigen Abstützung auf dem Innenrohr (4) und eine radial außenliegende Außenwandung (26) zur stirnseitigen Abstützung auf dem Außenrohr (2) aufweisen.
  9. Heizkörper nach Anspruch 8, wobei die Innenwandung (28) und die Außenwandung (26) einen Ringraum (36) bilden, in den der Anschlussstutzen (30) mündet bzw. von dem sich dieser erstreckt.
  10. Heizkörper nach Anspruch 8, wobei die Endkappen (24) eine Vielzahl von Umlenkbereichen zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen benachbarten Kanälen (12a, 12b, 12c,...) aufweisen.
  11. Heizkörper nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Innenwandung (28) eine achsnahe Öffnung (38) zur Aufnahme eines elektrischen Steckverbinders (40) begrenzt.
  12. Durchlauferhitzer mit einem elektrischen Heizkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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