WO2007014811A1 - Durchlauferhitzer für heissgetränkezubereitungsvorrichtungen - Google Patents

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WO2007014811A1
WO2007014811A1 PCT/EP2006/063712 EP2006063712W WO2007014811A1 WO 2007014811 A1 WO2007014811 A1 WO 2007014811A1 EP 2006063712 W EP2006063712 W EP 2006063712W WO 2007014811 A1 WO2007014811 A1 WO 2007014811A1
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WO
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water
heating
plastic
heating wire
heater
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/063712
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Daburger
Siegmund Kramer
Anton Mathes
Gottfried Schneiderbauer
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Classifications

    • 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
    • F24H1/101—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 using electric energy supply
    • F24H1/102—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 using electric energy supply with resistance
    • F24H1/103—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 using electric energy supply with resistance with bare resistances in direct contact with the fluid

Definitions

  • the present invention relates to a continuous flow heater for H employersgetränkezurungs- devices with a tubular plastic water pipe and a wasserumströmten heater, wherein the water pipe has a water inlet and a water outlet and the heater has a terminal for an electrical heating voltage.
  • a hot beverage preparation device may be, for example, a coffee machine.
  • a heating module for a H adoptedgetränkezurungs- device is known, which is arranged in the form of an electrically heatable tubular heater within a water-bearing groove and is surrounded by water.
  • Tubular heaters typically consist of a metal tube, for example of aluminum or stainless steel, in which a heating wire is arranged. Between heating wire and metal tube is located for electrical insulation magnesium oxide.
  • the magnesium oxide surrounding the heating wire and the pipe material In order to heat the water to a brewing temperature of about 94 ° C, first the magnesium oxide surrounding the heating wire and the pipe material must be heated. Due to the high heat capacity of the heating wire surrounding materials is required for the heating of the water, a high heating capacity with corresponding energy requirements. The high heat capacity of the material surrounding the heating wire also leads to sluggish control characteristics, since the heated materials only gradually release the stored heat.
  • the heating device is formed by a arranged within the plastic water pipe heating wire in the instantaneous water heater.
  • the heating element for example a heating wire
  • the heating wire is in direct contact with the water. It must therefore not be heated between the heater and water insulation materials with high heat capacity. This can save a significant amount of heating energy. Rather, the heating wire heats the water immediately and thus in a shorter time. The heating of the water is thus more energy efficient.
  • Another advantage of this heating wire arrangement is a spontaneous and precise controllability of the water temperature. This makes it possible to realize very short water preheating times, so that a rapid starting of the brewing process can take place after switching on the coffee machine. The finished Brühgetränk is thus available in less time.
  • the surrounding the heating wire amount of water is therefore according to the invention dimensioned so that the water itself acts as an insulator for the heating wire.
  • the flow path of the water between the heating wire and the nearest electrically conductive component of the hot beverage preparation device is dimensioned so that there can be no short circuit or electric shock. Since the water takes over the function of the insulator, so can be dispensed with additional insulation materials.
  • the volume of the water to be heated is also important. Basically, less water is quicker to heat. The more accurate the desired brewing temperature can be set. Smaller amounts of water also prevent a high proportion of "old" water from being fed to the brewing process after a long period of non-use of the hot-wire preparation device.
  • the volume surrounding the heating wire has a value less than 100 ml, preferably a value less than 50 ml a value of less than 20 ml, thus enabling an optimal brewing process in which always fresh brewing hot water brews the brewing product in the permanent low flow.
  • the arrangement of the heating wire within the plastic water pipe is basically freely designable.
  • an arrangement of the heating wire at substantially the same distance from the plastic water pipe is preferred.
  • the arrangement of a plurality of spaced heating wires is possible.
  • spacers may be arranged between the heating wire and the plastic water pipe and / or between a plurality of heating wires. The spacers must thermally insulate the heating wire against the plastic water pipe.
  • ceramic can be used. Ceramic is heat resistant and both a thermal and an electrical insulator.
  • the heating device can be an elongate heating wire or heating rod with a straight longitudinal axis or a helically or U-shaped bent heating wire. Also combinations of it are possible.
  • a heating rod has a larger diameter than a heating wire, but is just like the heating wire made entirely of metal. The diameter of the heating rod is dimensioned so that it remains dimensionally stable even with an elongated design and does not bend due to its weight. On the use of spacers can then be largely dispensed with.
  • the shape of the heater is thus based on the shape or the course of the plastic water pipe.
  • a helically or U-shaped bent heating wire or heating rod is used. These forms are best suited to compensate for thermal expansion. This is particularly important with different coefficients of thermal expansion of the heating wire or heating rod on the one hand and the water pipe material on the other hand of importance.
  • a suitable shaping of the heating wire or heating rod By a suitable shaping of the heating wire or heating rod, a distortion of both materials due to different thermal expansion can be avoided.
  • a heating rod can be arranged at the ends, for example, sliding bearing, which is a thermal expansion of the heating rod allow against the plastic water pipe.
  • the plain bearings must seal the heating element against the plastic water pipe, so that water leakage is prevented.
  • the plastic forming the water pipe can basically be elastic or non-elastic.
  • an elastic plastic this can compensate for the thermal expansion of the heating wire or heating element at least to the extent that a non-destructive operation of the water heater is possible.
  • the choice of an elastic plastic is advantageous.
  • the water pipe according to the invention can be rectilinear or curved, for example U-shaped or meandering.
  • a heating element arranged therein may extend in the arcs of the water pipe due to heat.
  • the distance between the heating element and the water pipe is such that contact between the two parts is impossible even at maximum thermal expansion.
  • the relative movement between the heating element and the water pipe can then take place in the arches without the heating element touching the water line.
  • Tensions between the water pipe and the heating wire are avoided in this way.
  • non-elastic plastics can be used.
  • the rectilinear shape of the water pipe is preferably used in combination with heating rods, since these typically have a rectilinear shape.
  • the water pipe can also be formed from two shells, which are interconnected by friction welding, made of non-elastic plastic.
  • the two-part form of the water pipe allows a simplified installation of the heater in the water pipe.
  • thermal fuses are used, which interrupt the power supply when exceeding a certain operating temperature of the heater.
  • a thermal fuse is arranged between each heating wire or heating rod and its electrical connection.
  • Figure 3 shows a water heater with spiral heating wire in rectilinear
  • FIG. 1 shows a throughflow heater 110 cut along its longitudinal axis 126 with a straight, hollow-cylindrical plastic tube 112.
  • the plastic tube 112 is closed by a respective end wall 114, 116 at a first and a second end 118, 120. Near the first end 118, a water inlet 122 and near the second end 120, a water outlet 124 are each arranged at right angles to the tube longitudinal axis 126.
  • a straight heating rod 128 extends along the tube longitudinal axis 126 through the end walls 114 and 116 therethrough. At both ends of the heating element 128 is in each case an electrical connection 132. Between the electrical connection 132 and the heating element 128 is ever a tubular Connection cap 134 is arranged.
  • a seal 130 surrounds the terminal caps 134 in an annular manner.
  • a thermal fuse 136 is arranged within one of the connection caps 134. It electrically conductively connects the heating element 128 and the connection 132. Between the heating element 128 and the inner wall of the plastic tube 112 extends a spiral spacer 138.
  • the water heater 110 has within a hot beverage preparation device the task of heating a certain amount of water to brewing temperature.
  • cold water flows through the water inlet 122 into the plastic tube 112.
  • the water flows around the heating element 128 and is heated by it.
  • the heating element 128 is supplied with power for this purpose.
  • the length of the water heater 110 is adjusted to the heat output of the heating element 128 so that the water leaves the plastic tube 112 through the water outlet 124 with brewing temperature.
  • the water inlet 122 and the water outlet 124 are flange-shaped to the plastic tube 112 formed to facilitate the connection, for example, with a hose.
  • the water inlet can be connected to a water tank and the water outlet with a Aufbrüh sensible example.
  • the plastic tube 112 is made of elastic plastic. It can take part of the heat-induced expansion of the heating element 128 by elastic deformation. The remaining part is taken up by the seals 130, in which the heating rod 128 is mechanically movably but waterproof fixed as in a plain bearing. It can thus not come to a damaging tension between the heating element 128 and the plastic tube 112.
  • connection caps 134 have the function of thermal insulation. They separate the high operating temperatures of the heating element 128 on the one hand from a low-temperature region on the seals 130 and the electrical connections 132 on the other.
  • the thermal fuse 136 has the task of destroying the heating element 128 or other parts of the instantaneous water heater 110 as a result of overheating to prevent. Overheating can occur, for example, during operation of the heating element 128 when there is no water in the plastic pipe 112.
  • the spacer 138 ensures that the heating element 128 does not come into contact with the plastic tube 112 and that the water can flow around the heating element 128 completely and evenly. It establishes a constant radial distance between the heating element 128 and the inner wall of the plastic tube 112, which ensures uniform heating of the water.
  • a throughflow heater 210 cut along its longitudinal axis 226 is shown with a hollow cylindrical plastic tube 212 bent in a U-shape.
  • the water heater 210 has the same basic structure as the flow heater 110 shown in Figure 1, with the difference that the plastic tube 212 is bent in a U-shape.
  • the corresponding parts of the flow heater 210 are labeled opposite the flow heater 110 with a "2" instead of the "1" in the hundreds of reference numerals.
  • a heating rod 228 bent in accordance with the curvature of the plastic tube 212 extends along the tube longitudinal axis 226.
  • a support web 238 is arranged between the heating rod 228 and the inner wall of the plastic tube 212.
  • a non-elastic plastic pipe 212 is used.
  • the thermal expansion of the heating rod 228 made of stainless steel can no longer be compensated by the plastic tube 212 with.
  • the heating rod 228 is therefore movably mounted in the region of the arc of the plastic tube 212 on the support web 238. If the heating rod 228 expands due to the heat, it can freely move within the bent plastic tube 212 resting on the support web 238 in the direction of the outer pipe wall.
  • the diameter of the plastic tube 212 is dimensioned for exactly that a contact of the heating element 228 and the plastic tube 212 is excluded even at maximum extension of the heating element 228.
  • the seals 230 absorb the longitudinal and transverse forces possibly occurring during the thermal expansion of the heating element 228. A tension between the heating rod 228 and the plastic pipe 212 and thus possibly associated destruction of the water heater 210 are thus avoided.
  • FIG. 3 likewise shows a throughflow heater 310 which is cut along its longitudinal axis 326 and has a straight hollow cylindrical plastic tube 312 similar to the flow heater 110 shown in FIG.
  • a spiral heating wire 328 arranged along the tube longitudinal axis 326 is arranged inside the plastic tube 312 instead of a heating rod. Both ends of the heating wire 328 are each fixed by a perpendicular to the tube longitudinal axis 326 arranged wire hanger 334. Each of the wire hangers 334 has an electrical connection 332. Between a electrical connection 332 and the heating wire 328, a thermal fuse 336 is arranged.
  • the plastic tube 312 is closed at a first and second end 318, 320 by a respective end wall 314, 316.
  • a water inlet 322 and a water outlet 324 are arranged in the end walls 314 and 316.
  • the thermal expansion of the heating wire 328 stainless steel against the non-elastic plastic tube 312 is compensated solely by the spiral shape of the heating wire 328. If the metal of the heating wire 328 expands due to the heat, only the distance between the individual turns of the heating wire 328 or the distance between the turns and the inner wall of the plastic tube 312 changes.
  • the heating wire 328 deforms elastic and returns after cooling back to its original shape. It can thus also with this
  • Embodiment not to a tension between the heating element 328 and the
  • Plastic pipe 312 come.
  • the spiral shape of the heating wire 328 gives it sufficient stability. It ensures that the heating wire 328 does not come into contact with the plastic tube 312 and that the water can flow around the heating wire 328 evenly. Spacers can therefore be dispensed with.
  • flow heaters 110, 210 and 310 are embodiments which can be modified by the skilled person in various ways, without departing from the scope of the invention.
  • the specific embodiments of the heating elements 128 and 228 and of the heating wire 328 can also take place in a different form than described here.
  • the plastic pipe 110, 210 and 310 can be configured in another form, if this is necessary for space reasons or designerischen reasons.
  • a plurality of heating rods or heating wires may be provided in a plastic tube.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer (110, 210, 310) für Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen mit einer rohrförmigen Kunststoff-Wasserleitung (112, 212, 312) und einer wasserumströmten Heizeinrichtung (128, 228, 328), wobei die Wasserleitung (112, 212, 312) einen Wasserzulauf (122, 222, 322) und einen Wasserablauf (124, 224, 324) und die Heizeinrichtung (128, 228, 328) einen Anschluss (132, 232, 332) für eine elektrische Heizspannung aufweist, wobei die Heizeinrichtung (128, 228, 328) ein innerhalb der Kunststoff-Wasserleitung (112, 212, 312) angeordneter Heizstab (128, 228) oder Heizdraht (328) ist.

Description

Durchlauferhitzer für Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer für Heißgetränkezubereitungs- vorrichtungen mit einer rohrförmigen Kunststoff-Wasserleitung und einer wasserumströmten Heizeinrichtung, wobei die Wasserleitung einen Wasserzulauf und einen Wasserablauf und die Heizeinrichtung einen Anschluss für eine elektrische Heizspannung aufweist. Eine derartige Heißgetränkezubereitungsvorrichtung kann zum Beispiel eine Kaffeemaschine sein.
Aus der DE 103 17 353 A1 ist ein Heizmodul für eine Heißgetränkezubereitungs- vorrichtung bekannt, das in Form eines elektrisch beheizbaren Rohrheizkörpers innerhalb einer wasserführenden Nut angeordnet ist und von Wasser umspült wird. Rohrheizkörper bestehen typischerweise aus einem Metallrohr, zum Beispiel aus Aluminium oder Edelstahl, in dem ein Heizdraht angeordnet ist. Zwischen Heizdraht und Metallrohr befindet sich zur elektrischen Isolation Magnesiumoxid. Um das Wasser auf eine Brühtemperatur von ca. 94°C zu erhitzen, müssen zunächst das den Heizdraht umgebende Magnesiumoxid sowie das Rohrleitungsmaterial erhitzt werden. Aufgrund der hohen Wärmekapazität der den Heizdraht umgebenden Materialien ist für die Erwärmung des Wassers eine hohe Heizleistung mit entsprechendem Energiebedarf erforderlich. Die hohe Wärmekapazität der den Heizdraht umgebenden Materialien führt außerdem zu trägen Regelungseigenschaften, da die erwärmten Materialien die gespeicherte Wärmemenge nur allmählich wieder abgeben.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchlauferhitzer für Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen anzugeben, mit dem eine schnelle und genaue Regelung der Wassertemperatur möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird bei dem eingangs genannten Durchlauferhitzer die Heizeinrichtung durch einen innerhalb der Kunststoff-Wasserleitung angeordneten Heizdraht gebildet. Im Gegensatz zum Stand der Technik befindet sich das Heizelement, zum Beispiel ein Heizdraht, in direktem Kontakt zum Wasser. Es müssen also nicht erst zwischen Heizeinrichtung und Wasser angeordnete Isolationsmaterialien mit hoher Wärmekapazität erwärmt werden. Damit kann ein wesentlicher Anteil an Heizenergie eingespart werden. Vielmehr erwärmt der Heizdraht das Wasser unmittelbar und damit in kürzerer Zeit. Die Erwärmung des Wassers erfolgt somit energieeffizienter. Ein weiterer Vorteil dieser Heizdrahtanordnung ist eine spontane und präzise Regelbarkeit der Wassertemperatur. Damit lassen sich sehr kurze Wasservorheizzeiten realisieren, so dass nach dem Einschalten der Kaffeemaschine ein schnelles Starten des Brühprozesses erfolgen kann. Das fertige Brühgetränk steht somit in kürzerer Zeit zur Verfügung.
Da nicht nur der Heizdraht, sondern auch das ihn umgebende Wasser den elektrischen Strom leitet, müssen geeignete Vorkehrungen zum Schutz eines Benutzers der Kaffeemaschine vor einem Stromschlag getroffen werden. Es muss demnach verhindert werden, dass der direkte Kontakt des stromdurchflossenen Heizdrahtes mit dem Wasser nicht zu einem Kurzschluss mit anderen ebenfalls mit dem Wasser in Kontakt stehenden und elektrisch leitfähigen Materialien führt. Die den Heizdraht umgebende Wassermenge ist deshalb erfindungsgemäß so dimensioniert, dass das Wasser selbst als Isolator für den Heizdraht wirkt. Die Fließstrecke des Wassers zwischen Heizdraht und dem nächst gelegenen elektrisch leitenden Bauteil der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung ist so bemessen, dass es zu keinem Kurzschluss bzw. Stromschlag kommen kann. Da das Wasser die Funktion des Isolators übernimmt, kann also auf zusätzliche Isolationsmaterialien verzichtet werden.
Für eine schnelle Regelbarkeit sowie für minimale Vorheizzeiten ist auch das Volumen des zu erhitzenden Wassers von Bedeutung. Grundsätzlich gilt, dass weniger Wasser schneller zu erwärmen ist. Umso genauer lässt sich auch die gewünschte Brühtemperatur einstellen. Durch kleinere Wassermengen wird außerdem vermieden, dass nach einer längeren Nichtbenutzung der Heißgetränkezubereitungsvorrichtung ein hoher Anteil „alten" Wassers dem Brühprozess zugeführt wird. Das den Heizdraht umgebende Volumen weist daher erfindungsgemäß einen Wert kleiner als 100 ml, vorzugsweise einen Wert kleiner als 50 ml, insbesondere einen Wert kleiner als 20 ml auf. Damit ist ein optimaler Brühprozess möglich, bei dem immer frisches brühheißes Wasser im permanenten geringen Durchfluss das Brühgut aufbrüht. Die Anordnung des Heizdrahtes innerhalb der Kunststoff-Wasserleitung ist grundsätzlich frei gestaltbar. Es darf lediglich kein direkter Kontakt zur Kunststoff-Wasserleitung bestehen, da der Kunststoff sonst verbrennen könnte. Um das zu vermeiden und um das Wasser möglichst gleichmäßig erwärmen zu können, ist eine Anordnung des Heizdrahtes mit im Wesentlichen gleichem Abstand zur Kunststoff-Wasserleitung bevorzugt. Auch die Anordnung mehrerer voneinander beabstandeter Heizdrähte ist möglich. Um die Abstände zwischen dem Heizdraht und der Kunststoff-Wasserleitung und/oder zwischen mehreren Heizdrähten möglichst konstant zu halten, können zwischen dem Heizdraht und der Kunststoff-Wasserleitung und/oder zwischen mehreren Heizdrähten Abstandshalter angeordnet sein. Die Abstandshalter müssen dabei den Heizdraht gegenüber der Kunststoff-Wasserleitung thermisch isolieren. Als geeignetes Material kann zum Beispiel Keramik zur Anwendung kommen. Keramik ist hitzebeständig und sowohl ein thermischer als auch ein elektrischer Isolator.
Bei der Heizeinrichtung kann es sich um einen langgestreckten Heizdraht bzw. Heizstab mit gerader Längsachse oder um einen spiralförmig oder U-förmig gebogenen Heizdraht handeln. Auch Kombinationen davon sind möglich. Ein Heizstab hat einen größeren Durchmesser als ein Heizdraht, besteht aber genauso wie der Heizdraht vollständig aus Metall. Der Durchmesser des Heizstabes ist so dimensioniert, dass er auch bei langgestreckter Ausführung formstabil bleibt und sich nicht aufgrund seines Gewichtes durchbiegt. Auf die Verwendung der Abstandshalter kann dann weitgehend verzichtet werden.
Die Form der Heizeinrichtung orientiert sich also an der Form bzw. dem Verlauf der Kunststoff-Wasserleitung. Vorzugsweise kommt ein spiralförmig oder U-förmig gebogener Heizdraht bzw. Heizstab zur Anwendung. Diese Formen sind am besten dafür geeignet, wärmebedingte Ausdehnungen zu kompensieren. Das ist insbesondere bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Heizdrahtes bzw. Heizstabes einerseits und des Wasserleitungsmaterials andererseits von Bedeutung. Durch eine geeignete Formgebung des Heizdrahtes bzw. Heizstabes kann ein Verspannen beider Materialien aufgrund unterschiedlicher wärmebedingter Ausdehnungen vermieden werden. Bei Verwendung eines Heizstabes können an dessen Enden zum Beispiel Gleitlager angeordnet sein, die eine wärmebedingte Längenausdehnung des Heizstabes gegenüber der Kunststoff-Wasserleitung zulassen. Die Gleitlager müssen dabei den Heizstab gegenüber der Kunststoff-Wasserleitung abdichten, so dass ein Wasseraustritt verhindert ist.
Auch durch die Wahl des die Wasserleitung bildenden Kunststoffs kann vorteilhaft auf die gegenüber dem Kunststoff größere Wärmeausdehnung des Heizdrahtes bzw. Heizstabes reagiert werden. Der die Wasserleitung bildende Kunststoff kann grundsätzlich elastisch oder nicht-elastisch sein. Bei Verwendung eines elastischen Kunststoffs kann dieser die Wärmeausdehnung des Heizdrahtes bzw. Heizstabes zumindest soweit kompensieren, dass ein zerstörungsfreier Betrieb des Durchlauferhitzers möglich ist. Gerade bei der Verwendung von Heizstäben, die aufgrund ihrer Konstruktion die wärmebedingte Ausdehnung nicht selbst kompensieren können, ist die Wahl eines elastischen Kunststoffs von Vorteil.
Die Wasserleitung kann erfindungsgemäß geradlinig oder gekrümmt, wie zum Beispiel U- förmig oder mäanderförmig, ausgebildet sein. Bei einer U-förmigen oder mäanderförmigen Wasserleitung kann sich ein darin angeordneter Heizstab in den Bögen der Wasserleitung wärmebedingt ausdehnen. Der Abstand zwischen Heizstab und Wasserleitung ist so bemessen, dass ein Kontakt beider Teile selbst bei maximaler Wärmeausdehnung ausgeschlossen ist. Die Relativbewegung zwischen Heizstab und Wasserleitung kann dann in den Bögen erfolgen, ohne dass der Heizstab dabei die Wasserleitung berührt. Verspannungen zwischen Wasserleitung und Heizdraht werden auf diese Weise vermieden. Dadurch können auch nicht-elastische Kunststoffe zur Anwendung kommen. Die geradlinige Form der Wasserleitung kommt vorzugsweise in Kombination mit Heizstäben zum Einsatz, da diese typischerweise eine geradlinige Form aufweisen.
Erfindungsgemäß kann die Wasserleitung auch aus zwei durch Reibschweißen miteinander verbundenen Halbschalen aus nicht elastischem Kunststoff gebildet sein. Die zweiteilige Form der Wasserleitung ermöglicht eine vereinfachte Montage der Heizeinrichtung in der Wasserleitung.
Ein Problem von Durchlauferhitzern allgemein ist eine mögliche Überhitzung bei Trockenlauf. Der Heizstab bzw. Heizdraht kann dabei durchbrennen, was zu einem Ausfall des Durchlauferhitzers führt. Daher werden thermische Sicherungen eingesetzt, die bei Überschreitung einer bestimmten Betriebstemperatur der Heizeinrichtung die Stromzufuhr unterbrechen. Erfindungsgemäß ist zwischen jedem Heizdraht bzw. Heizstab und dessen elektrischen Anschluss eine thermische Schmelzsicherung angeordnet.
Da das Wasser den Heizdraht vollständig umgibt, ist eine nahezu verlustfreie und schnelle Wärmeabgabe an das Wasser möglich. Bei konstantem Abstand zwischen Heizdraht bzw. Heizstab und Kunststoff-Wasserleitung ist auch eine gleichförmig schnelle Erwärmung des Wassers erreichbar. Das ist unter anderem die Voraussetzung für die schnelle und genaue Regelbarkeit der Brühtemperatur. Diese kann so auch bei sich ändernden Rahmenbedingungen wie beispielsweise Temperaturschwankungen des Wasserzulaufs besser konstant gehalten werden. Das ist für einen optimalen Brühprozess und für den davon abhängenden Geschmack des Brühgetränks von wesentlicher Bedeutung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand von Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Durchlauferhitzer mit Heizstab in geradliniger Ausführung;
Figur 2 einen Durchlauferhitzer mit Heizstab in U-förmig gebogener Ausführung;
Figur 3 einen Durchlauferhitzer mit spiralförmigem Heizdraht in geradliniger
Ausführung.
Figur 1 zeigt einen entlang seiner Längsachse 126 geschnittenen Durchlauferhitzer 110 mit einem geraden hohlzylinderförmigen Kunststoffrohr 112. Das Kunststoffrohr 112 wird an einem ersten und zweiten Ende 118, 120 von je einer Stirnwand 114, 116 abgeschlossen. Nahe dem ersten Ende 118 sind ein Wasserzulauf 122 und nahe dem zweiten Ende 120 ein Wasserablauf 124 jeweils im rechten Winkel zur Rohrlängsachse 126 angeordnet. Im Inneren des Kunststoffrohrs 112 erstreckt sich ein gerader Heizstab 128 entlang der Rohrlängsachse 126 durch die Stirnwände 114 und 116 hindurch. An beiden Enden des Heizstabes 128 befindet sich jeweils ein elektrischer Anschluss 132. Zwischen dem elektrischen Anschluss 132 und dem Heizstab 128 ist je eine rohrförmige Anschlusskappe 134 angeordnet. In den Stirnwänden 114 und 116 umschließt eine Dichtung 130 ringförmig die Anschlusskappen 134. Innerhalb einer der Anschlusskappen 134 ist eine thermische Schmelzsicherung 136 angeordnet. Sie verbindet elektrisch leitend den Heizstab 128 und den Anschluss 132. Zwischen dem Heizstab 128 und der Innenwandung des Kunststoffrohrs 112 erstreckt sich ein spiralförmiger Abstandshalter 138.
Der Durchlauferhitzer 110 hat innerhalb einer Heißgetränkezubereitungsvorrichtung die Aufgabe, eine bestimmte Wassermenge auf Brühtemperatur zu erhitzen. Im Betrieb des Durchlauferhitzers 110 fließt kaltes Wasser durch den Wasserzulauf 122 in das Kunststoffrohr 112. Dort umströmt das Wasser den Heizstab 128 und wird von diesem erwärmt. Über die elektrischen Anschlüsse 132 wird der Heizstab 128 dazu mit Strom versorgt. Die Länge des Durchlauferhitzers 110 ist dabei auf die Heizleistung des Heizstabes 128 so abgestimmt, dass das Wasser das Kunststoffrohr 112 durch den Wasserablauf 124 mit Brühtemperatur verlässt. Der Wasserzulauf 122 und der Wasserablauf 124 sind flanschartig an das Kunststoffrohr 112 angeformt, um die Verbindung beispielsweise mit einem Schlauch zu erleichtern. Der Wasserzulauf kann so zum Beispiel mit einem Wassertank und der Wasserablauf mit einer Aufbrüheinrichtung verbunden werden.
Um die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Heizstabes 128 aus Edelstahl und des Kunststoffrohrs 112 auszugleichen, ist das Kunststoffrohr 112 aus elastischem Kunststoff gefertigt. Es kann durch elastische Verformung einen Teil der wärmebedingten Ausdehnung des Heizstabes 128 mit aufnehmen. Der verbleibende Teil wird von den Dichtungen 130 aufgenommen, in denen der Heizstab 128 wie in einer Gleitlagerung mechanisch beweglich, aber wasserdicht fixiert ist. Es kann somit nicht zu einer schädigenden Verspannung zwischen dem Heizstab 128 und dem Kunststoffrohr 112 kommen.
Die Anschlusskappen 134 haben die Funktion einer thermischen Isolierung. Sie trennen die hohen Betriebstemperaturen des Heizstabes 128 einerseits von einem Niedrigtemperaturbereich an den Dichtungen 130 und den elektrischen Anschlüssen 132 andererseits. Die thermische Schmelzsicherung 136 hat die Aufgabe, eine Zerstörung des Heizstabes 128 oder anderer Teile des Durchlauferhitzers 110 infolge einer Überhitzung zu verhindern. Zu einer Überhitzung kann es beispielsweise beim Betrieb des Heizstabes 128 kommen, wenn sich kein Wasser im Kunststoffrohr 112 befindet.
Der Abstandshalter 138 stellt sicher, dass der Heizstab 128 nicht in Kontakt mit dem Kunststoffrohr 112 kommt und dass das Wasser den Heizstab 128 vollständig und gleichmäßig umströmen kann. Er stellt einen konstanten radialen Abstand zwischen dem Heizstab 128 und der Innenwandung des Kunststoffrohrs 112 her, wodurch eine gleichmäßige Wassererwärmung gewährleistet ist.
In Figur 2 ist ein entlang seiner Längsachse 226 geschnittener Durchlauferhitzer 210 mit einem U-förmig gebogenen, hohlzylinderförmigen Kunststoffrohr 212 dargestellt. Der Durchlauferhitzer 210 verfügt über den prinzipiell gleichen Aufbau wie der in Figur 1 gezeigte Durchlauferhitzer 110, mit dem Unterschied, dass das Kunststoffrohr 212 U-förmig gebogen ist. Die entsprechenden Teile des Durchlauferhitzers 210 sind gegenüber dem Durchlauferhitzer 110 mit einer „2" anstelle der „1" in der Hunderterstelle der Bezugszeichen gekennzeichnet.
Im Inneren des Kunststoffrohrs 112 erstreckt sich ein entsprechend der Krümmung des Kunststoffrohrs 212 gebogener Heizstab 228 entlang der Rohrlängsachse 226. Als Abstandshalter ist zwischen dem Heizstab 228 und der Innenwandung des Kunststoffrohrs 212 ein Auflagesteg 238 angeordnet.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Durchlauferhitzer 110 mit elastischem Kunststoffrohr 112 kommt in dieser Ausführungsform ein nicht-elastisches Kunststoffrohr 212 zur Anwendung. Die Wärmeausdehnung des Heizstabes 228 aus Edelstahl kann nun nicht mehr vom Kunststoffrohr 212 mit ausgeglichen werden. Der Heizstab 228 liegt deshalb im Bereich des Bogens des Kunststoffrohrs 212 auf dem Auflagesteg 238 beweglich gelagert auf. Dehnt sich der Heizstab 228 wärmebedingt aus, kann er sich innerhalb des gebogenen Kunststoffrohrs 212 auf dem Auflagesteg 238 aufliegend in Richtung der äußeren Rohrwandung frei bewegen. Der Durchmesser des Kunststoffrohrs 212 ist dafür genau so bemessen, dass eine Berührung des Heizstabes 228 und des Kunststoffrohrs 212 selbst bei maximaler Ausdehnung des Heizstabes 228 ausgeschlossen ist. Die Dichtungen 230 nehmen die bei der Wärmeausdehnung des Heizstabes 228 eventuell auftretenden Längs- und Querkräfte auf. Eine Verspannung zwischen dem Heizstab 228 und dem Kunststoffrohr 212 sowie eine damit eventuell verbundene Zerstörung des Durchlauferhitzers 210 werden somit vermieden.
Die Anordnung sowie die Funktion der übrigen mit den Bezugsziffern 214 bis 236 bezeichneten Teile entsprechen den bereits bei Figur 1 beschriebenen Teilen 114 bis 136.
Figur 3 zeigt ebenfalls einen entlang seiner Längsachse 326 geschnittenen Durchlauferhitzer 310 mit einem geraden hohlzylinderförmigen Kunststoffrohr 312 ähnlich dem in Figur 1 dargestellten Durchlauferhitzer 110.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Durchlauferhitzer 110 ist anstelle eines Heizstabes ein entlang der Rohrlängsachse 326 angeordneter, spiralförmiger Heizdraht 328 innerhalb des Kunststoffrohrs 312 angeordnet. Beide Enden des Heizdrahtes 328 werden jeweils von einer senkrecht zur Rohrlängsachse 326 angeordneten Drahtaufhängung 334 fixiert. Jede der Drahtaufhängungen 334 weist einen elektrischen Anschluss 332 auf. Zwischen einem elektrischen Anschluss 332 und dem Heizdraht 328 ist eine thermische Schmelzsicherung 336 angeordnet.
Das Kunststoffrohr 312 wird an einem ersten und zweiten Ende 318, 320 von je einer Stirnwand 314, 316 verschlossen. In den Stirnwänden 314 und 316 sind ein Wasserzulauf 322 und ein Wasserablauf 324 angeordnet.
Die Wärmeausdehnung des Heizdrahtes 328 aus Edelstahl gegenüber dem nicht- elastischen Kunststoffrohr 312 wird allein durch die Spiralform des Heizdrahtes 328 kompensiert. Dehnt sich das Metall des Heizdrahtes 328 wärmebedingt aus, verändert sich lediglich der Abstand zwischen den einzelnen Windungen des Heizdrahtes 328 bzw. der Abstand zwischen den Windungen und der Innenwandung des Kunststoffrohrs 312.
Der Heizdraht 328 verformt sich dabei elastisch und kehrt nach erfolgter Abkühlung wieder in seine ursprüngliche Form zurück. Es kann somit auch bei dieser
Ausführungsform nicht zu einer Verspannung zwischen dem Heizstab 328 und dem
Kunststoffrohr 312 kommen. Die Spiralform des Heizdrahtes 328 gibt diesem ausreichend Stabilität. Sie stellt sicher, dass der Heizdraht 328 nicht in Kontakt mit dem Kunststoffrohr 312 kommt und dass das Wasser den Heizdraht 328 gleichmäßig umströmen kann. Auf Abstandshalter kann deshalb verzichtet werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Durchlauferhitzern 110, 210 und 310 um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Heizstäbe 128 und 228 sowie des Heizdrahtes 328 in anderer Form als in der hier beschriebenen erfolgen. Ebenso kann das Kunststoffrohr 110, 210 und 310 in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. designerischen Gründen notwendig ist. Ebenso können mehrere Heizstäbe bzw. Heizdrähte in einem Kunststoffrohr vorgesehen sein.
Es wird der Vollständigkeit halber außerdem darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
Bezugszeichen I iste
110,210,310 - Durchlauferhitzer
112,212,312 - Kunststoffrohr 114,214,314 - Stirnwand
116,216,316 - Stirnwand
118, 218, 318 - erstes Ende des Kunststoffrohrs
120,220,320 - zweites Ende des Kunststoffrohrs
122,222,322 - Wasserzulauf 124,224,324 - Wasserablauf
126,226,326 - Rohrlängsachse
128,228 - Heizstab
328 - Heizdraht
130,230 - Dichtung 132,232,332 - elektrischer Anschluss
134,234 - Anschlusskappe
334 - Drahtaufhängung
136,236,336 - Schmelzsicherung
138 - Abstandhalter 238 - Auflagesteg

Claims

Patentansprüche
1. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) für Heißgetränkezubereitungsvorrichtungen mit einer rohrförmigen Kunststoff-Wasserleitung (112, 212, 312) und einer wasserumströmten Heizeinrichtung (128, 228, 328), wobei die Wasserleitung (112,
212, 312) einen Wasserzulauf (122, 222, 322) und einen Wasserablauf (124, 224, 324) und die Heizeinrichtung (128, 228, 328) einen Anschluss (132, 232, 332) für eine elektrische Heizspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (128, 228, 328) ein innerhalb der Kunststoff-Wasserleitung (112, 212, 312) angeordneter Heizstab (128, 228) oder Heizdraht (328) ist.
2. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Heizstab (128, 228) oder den Heizdraht (328) umgebende Wassermenge so dimensioniert ist, dass das Wasser als elektrischer Isolator für den Heizstab (128, 228) oder den Heizdraht (328) wirkt.
3. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das den Heizstab (128, 228) oder den Heizdraht (328) umgebende Wasservolumen einen Wert kleiner als 100 ml, vorzugsweise einen Wert kleiner als 50 ml und insbesondere einen Wert kleiner als 20 ml aufweist.
4. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Wasserleitung (112, 212, 312) bildende Kunststoff elastisch ist.
5. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserleitung (112, 212, 312) aus zwei durch Reibschweißen miteinander verbundenen Halbschalen aus nicht elastischem Kunststoff gebildet ist.
6. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (126, 226, 326) der Wasserleitung (112, 212, 312) geradlinig oder gekrümmt ist.
7. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizstab (128, 228) oder dem Heizdraht (328) und der Wasserleitung (112, 212, 312) Abstandshalter (138, 238) angeordnet sind.
8. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mehreren innerhalb der Kunststoff- Wasserleitung (112, 212, 312) angeordneten Heizstäben (128, 228) oder Heizdrähten (328) Abstandshalter (138, 238) angeordnet sind.
9. Durchlauferhitzer (110, 210, 310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizstab (128, 228) oder dem Heizdraht (328) und deren elektrischen Anschlüssen (132, 232, 332) eine thermische Schmelzsicherung (136, 236, 336) angeordnet ist.
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