DE10322034A1

DE10322034A1 - Flüssigkeitserhitzer

Info

Publication number: DE10322034A1
Application number: DE2003122034
Authority: DE
Inventors: Frank Finis; Michael Karthaus
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02
Also published as: DE20321667U1

Abstract

Bei einem Flüssigkeitserhitzer, insbesondere Wasser-Durchlauferhitzer, soll die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Heizleistung in Strömungsrichtung örtlich anpassbar sein. Ein Strömungsraum 4 besteht zwischen einem Außenmantelteil 2 und einem Innenrohr 3. Auf das Außenmantelteil 2 und/oder das Innenrohr 3 ist wenigstens ein Flächenheizkörper 11 aufgebracht. Der Strömungsquerschnitt des Strömungsraumes 4 verkleinert sich in Strömungsrichtung und/oder die Heizleistung des Flächenheizkörpers 11 nimmt in Strömungsrichtung ab.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitserhitzer, insbesondere Wasser-Durchlauferhitzer der Sanitärtechnik.

In der GB 920 465 ist ein elektrischer Flüssigkeitserhitzer, speziell für Farben, beschrieben, bei dem zwischen einem konischen Außenwandteil und einem Strömungsleitkörper ein wendelförmiger Strömungskanal besteht, dessen Querschnitt von einem Einlass zu einem Auslass entsprechend der temperaturabhängigen Viskosität der Farbe abnimmt. In dem Strömungsleitkörper sind längsachsparallele Bohrungen für ein Heizelement, einen Thermostaten und eine Sicherung sowie ein Vorwärmkanal für Luft vorgesehen.

Aus der DE 197 37 694 C1 ist ein Durchlauferhitzer für fließfähige oder pastöse, essbare oder trinkbare Zubereitungen bekannt. Zwischen einem zylindrischen Hohlkern und einem zylindrischen Mantel besteht eine Ringkammer, in der ein Schraubensteg als Strömungsleitkörper angeordnet ist. In dem Hohlkern ist ein Heizelement angeordnet. Die Außenfläche des Mantels ist von einer Mantelheizung umgeben. Dadurch soll eine genaue Temperatursteuerung durch einen optimalen Wärmeübergang erreicht werden. Der Strömungsquerschnitt und die Heizleistung sind in Strömungsrichtung gleich.

In der DE 196 41 702 C1 ist ein der DE 197 37 694 C1 ähnlicher Flüssigkeitserhitzer beschrieben. Beim Flüssigkeitserhitzer der DE 196 41 702 C1 nimmt der Strömungsquerschnitt des wendelförmigen Strömungskanals in Strömungsrichtung zu, was die Vorrichtung für ein Verdampfen der Flüssigkeit geeignet macht. Bei einem Wasser-Durchlauferhitzer der Sanitärtechnik soll das Wasser nicht verdampft, sondern lediglich erhitzt werden.

Aus der DE 197 20 880 A1 ist ein elektrisches Heizelement bekannt, das in rohrförmiger Gestalt bei einem Durchlauferhitzer eingesetzt werden kann, wobei durch das Rohr Wasser fließt und das Rohr außen eine Halbleiter-Heizleiterschicht in Dünnschichttechnik trägt. Längs des Rohres sind die Strömungsgeschwindigkeit und die Heizleistung konstant.

In der DE-OS 22 40 186 , DE 35 45 442 A1 und der DE 195 47 705 A1 sind Heizkörper beschrieben, bei denen auf eine Trägerplatte Heizelemente, insbesondere in Dickschicht-Technik, aufgedruckt oder aufgespritzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Flüssigkeitserhitzer, mit dem die Flüssigkeit, insbesondere Wasser, nicht verdampft werden soll, eine gute Wärmeübertragung der Heizleistung auf die Flüssigkeit durch in Strömungsrichtung örtliche Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Heizleistung zu erreichen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass der Strömungsraum zwischen dem Außenmantelteil und dem Innenrohr besteht, lässt sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung auf baulich einfache Weise verkleinern. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Strömungsraum sich in Strömungsrichtung konisch verjüngend gestaltet ist und/oder in dem Strömungsraum ein wendelförmiger Strömungsleitkörper angeordnet ist, dessen Steigung sich in Strömungsrichtung entsprechend ändert. Durch die Verkleinerung des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung, wodurch der Flächenheizkörper weniger Wärme aufnehmen kann.

Durch das Aufbringen wenigstens eines Flächenheizkörpers, insbesondere Dickschicht-Heizkörpers, auf das Außenmantelteil oder an das Innenrohr, lässt sich in einfacher Weise die Heizleistung in Strömungsrichtung dadurch abnehmend gestalten, dass der Flächenheizkörper einen mehr oder weniger großen Bereich des Umfangs des Außenmantelteils oder des Innenrohrs einnimmt.

Es ist also möglich, auf verschiedene Weise eine in Strömungsrichtung örtliche Anpassung der Heizleistung an die Flüssigkeitsströmung zu gestalten. Diese Möglichkeiten können kombiniert zum Einsatz kommen.

Der Flächenheizkörper ist bevorzugt dort angeordnet, wo er mit der Flüssigkeit nicht in Kontakt kommt, also an der Außenseite des Außenmantelteils oder an der Innenseite des Innenrohrs – wenn dieses nicht als Strömungsraum für die Flüssigkeit genutzt wird –.

Der/die Flächenheizkörper können am Außenmantelteil oder am Innenrohr achsparallel verlaufen oder wie der Strömungsleitkörper gewendelt verlaufen.

Vorzugsweise bildet das Innenrohr einen weiteren Strömungsraum für die Flüssigkeit. Dieser weitere Strömungsraum kann in Strömungsrichtung dem zwischen dem Außenmantelteil und dem Innenrohr bestehenden ersten Strömungsraum folgen oder diesem vorangehen. Der weitere Strömungsraum kann der Strömungsberuhigung und/oder dem Temperaturausgleich in der Strömung dienen. Baulich ermöglicht der weitere Strömungsraum den Flüssigkeitszulauf und den Flüssigkeitsauslauf an der gleichen Seite des Flüssigkeiterhitzers bzw. des Außenmantelteils vorzusehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Flüssigkeitserhitzer mit Innenrohr, Strömungsleitkörper, Außenrohr, schematisch,
2 eine perspektivische Ansicht des Innenrohrs mit Strömungsleitkörper und geschnittenem zylindrischen Außenrohr,
3 eine Alternative zu 2, wobei das Innenrohr und das Außenrohr zylindrisch sind und im Strömungsraum ein wendelförmiger Strömungsleitkörper mit in Strömungsrichtung abnehmender Steigung angeordnet ist,
4 das Außenrohr mit einem Dickschicht-Heizkörper, der sich in Rohrlängsrichtung erstreckt und dessen Heizleistung in Strömungsrichtung abnimmt, und
5 eine Alternative zu 4, wobei auf das Außenrohr zwei parallel gewendelte Dickschicht-Heizkörper unterschiedlicher Leistung aufgebracht sind.
Ein Flüssigkeitserhitzer 1 (vgl. 1) dient bevorzugt als Wasser-Durchlauferhitzer, mit dem Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zwar erhitzt, jedoch nicht verdampft werden soll. Beispielsweise ist der Flüssigkeitserhitzer 1 für Durchlauferhitzer der Sanitärtechnik, wie Durchlauferhitzer für Badewannen, Duschen oder für Geräte der Küchentechnik, wie Spülmaschinen, oder Geräte der Raumheiztechnik, oder Waschmaschinen, geeignet.
Der Flüssigkeitserhitzer 1 weist als Außenmantelteil ein Außenrohr 2 auf, in dem ein beidseitig offenes Innenrohr 3 angeordnet ist. Zwischen dem Innenumfang des Außenrohrs 2 und dem Außenumfang des Innenrohrs 3 besteht ein Strömungsraum 4. In dem Strömungsraum 4 nach 1, 2 und 3 ist ein wendelförmiger Strömungsleitkörper 5 angeordnet. Bei 1, 2 und 3 bildet der Innenraum des Innenrohrs 3 einen weiteren Strömungsraum 6, der mit dem ersten Strömungsraum 4 einseitig in strömungstechnischer Verbindung steht. Die Verbindung ist strömungstechnisch und baulich durch eine Verschlusskappe 7 (vgl. 1) erreicht. Die Verschlusskappe 7 hält das Außenrohr 2 mit dem Innenrohr 3 koaxial zentriert zusammen und ermöglicht einen Strömungsdurchgang zwischen dem ersten Strömungsraum 4 und dem weiteren Strömungsraum 6.
An der anderen Seite des Flüssigkeitserhitzers 1 ist ein Flanschteil 8 angeordnet, an dem ein Zulaufanschluss 9 und ein Auslaufanschluss 10 gestaltet ist. Der Zulaufanschluss 9 mündet in den Strömungsraum 4. In den Auslaufanschluss 10 mündet der weitere Strömungsraum 6. Das zulaufende Wasser fließt in Strömungsrichtung Z durch den Strömungsraum 4 und aus diesem in Strömungsrichtung A durch den weiteren Strömungsraum 6.
Der Zulaufanschluss 9 mündet radial in Richtung der Wendelung des wendelförmigen Strömungsleitkörpers 5 in den Strömungsraum 4, was die Turbulenzfreiheit der Strömung verbessert und eine radiale Strömung bewirkt. Der Auslaufanschluss 10 geht axial aus dem weiteren Strömungsraum 6, was ebenfalls die Turbulenzfreiheit der Strömung verbessert.
Den Zulaufanschluss 9 und den Auslaufanschluss 10 an der gleichen Seite des Flüssigkeitserhitzers 1 (vgl. 1) vorzusehen, vereinfacht zusätzlich den Einbau des Flüssigkeitserhitzers 1 in ein Durchlauferhitzergerät.
Die 2 und 3 zeigen Gestaltungen, mit denen im Strömungsraum 4 eine in Strömungsrichtung Z zunehmende Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.
Nach 2 ist der Strömungsraum 4 in Strömungsrichtung Z dadurch verjüngend gestaltet, dass das Innenrohr 3 sich in Strömungsrichtung Z konisch erweitert, wobei das Außenrohr 2 zylindrisch ist. Der auf der Außenseite des Innenrohrs 3 sitzende wendelförmige Strömungsleitkörper 5 weist einen Außenrand 5' auf. Der Abstand des Außenrandes 5' vom Außenrohr 2 verringert sich in Strömungsrichtung Z (vgl. 2). Dadurch wird insgesamt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung bei langer Kontaktfläche zwischen dem Wasser und dem beheizten Außenrohr 2 und/oder dem beheizten Innenrohr 3 erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften – nicht dargestellten – Ausführung bleibt der Abstand des Außenrandes 5' vom Außenrohr 2 gleich. Er vermindert sich vorzugsweise im gleichen Maß, wie sich der Konusdurchmesser erhöht.
Nach 3 sind das Außenrohr 2 und das Innenrohr 3 zylindrisch. Die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungsraum 4 in Strömungsrichtung Z ist dadurch erhöht, dass sich die Steigung des wendelförmigen Strömungsleitkörpers 5 in Strömungsrichtung Z verflacht und die Wendel enger wird. Es verengt sich also in Strömungsrichtung Z der Strömungsquerschnitt.
Nach 4 ist auf die Außenseite des Außenrohrs 2 ein elektrischer Flächenheizkörper 11 aufgebracht. Dieser ist vorzugsweise in Dickschicht-Technik auf das Außenrohr 2 aufgedruckt. Der Flächenheizkörper 11 ist in seinen in Strömungsrichtung Z beabstandeten Endbereichen 12, 13 an eine elektrische Energiequelle 14 angeschlossen.
Nach 4 nimmt der Flächenheizkörper 11 am Umfang des Außenrohrs 2 eine in Strömungsrichtung Z von b1 bis b2 abnehmende Breite zwischen den Bereichen 12 und 13 ein. Die Heizleistung des Flächenheizkörpers 11 nimmt damit in Strömungsrichtung Z ab.
Eine Anpassung der Änderung des Strömungsquerschnittes in Strömungsrichtung Z an die Heizleistung des Flächenheizkörpers 11 in Strömungsrichtung Z zum Zwecke einer in Strömungsrichtung Z örtlich günstigen Wärmeübertragung lässt sich durch verschiedene Kombinationen der genannten Maßnahmen erreichen. Eine effektive Wärmeübertragung lässt sich dadurch erreichen, dass der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung Z mit den Maßnahmen nach 2 und/oder 3 eingestellt wird, wobei die Heizleistung in Strömungsrichtung Z konstantgehalten werden sein kann.
Eine günstige Übertragung lässt sich auch dann erreichen, wenn der Strömungsquerschnitt bzw. die Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung Z gleich bleibt und entsprechend 4 sich die Heizleistung in Strömungsrichtung Z verkleinert. Es ist auch eine Kombination beider Maßnahmen möglich.
5 zeigt ein Außenrohr 2 mit einer zu 4 alternativen Gestaltung der Flächenheizkörper.
Bei der Gestaltung nach 5 sind auf das Außenrohr 2, in dem das in 4 und 5 nicht gezeigte Innenrohr 3 sitzt, zwei Flächenheizkörper 15, 16 in Dickschicht-Technik wendelförmig parallel aufgedruckt. Die wendelförmige Gestaltungsform der Flächenheizkörper 15, 16 folgt etwa der Wendelform der Strömungsleitkörper 5 der 2 und 3. Die Flächenheizkörper 15, 16 haben unterschiedliche Heizleistung. Die Flächenheizkörper 15, 16 können durch nicht näher dargestellte Schaltmittel getrennt oder gemeinsam an die Energiequelle 14 anschaltbar sein.
Es ist auch möglich, die wendelförmigen Flächenheizkörper 15, 16 so zu gestalten, dass ihre Heizleistung in Strömungsrichtung Z unterschiedlich ist, insbesondere in Strömungsrichtung Z abnimmt, wie dies auch beim Flächenheizkörper 11 der 4 der Fall ist.
Durch die Heizkörpergestaltung nach 5 ist es möglich, mittels des Flächenheizkörpers 15 eine Grundleistung einzustellen, die im Bedarfsfall – bei erhöhtem Wasserdurchfluss – durch ein Zuschalten des Flächenheizkörpers 16, gegebenenfalls geregelt, erhöht wird. Der eine und/oder der andere Flächenheizkörper 15, 16 kann so gestaltet werden, dass sich seine Heizleistung in Strömungsrichtung Z verringert. Dies ist dadurch zu erreichen, dass entsprechend 4 die Breite des Flächenheizkörpers 15 oder 16 der 5 entsprechend dem Flächenheizkörper 11 der 4 in Strömungsrichtung Z abnimmt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Flächenheizkörper 11, 15, 16 nicht außen am Außenrohr 2, sondern innen am Innenrohr 3 angeordnet.
Um die Temperatur der erwärmten oder noch nicht erwärmten Flüssigkeit zu erfassen, können am Außenrohr 2 und/oder am Innenrohr 3 je innen oder außen Temperaturfühler, beispielsweise in Form von insbesondere in Dickschicht-Technik aufgedruckten temperaturabhängigen Widerständen, beispielsweise NTC-Widerständen oder PTC-Widerständen, vorgesehen sein.
Durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Reduzierung der Heizleistung lässt sich das Verkalken reduzieren.

Claims

Flüssigkeitserhitzer, insbesondere Wasser-Durchlauferhitzer, a) mit einem die Flüssigkeit führenden Strömungsraum (4), b) der zwischen einem Außenmantelteil (2) und einem Innenrohr (3) besteht, c) und mit wenigstens einem auf das Außenmantelteil (2) und/oder das Innenroht (3) aufgebrachten Flächenheizkörper (11), d) wobei sich der Strömungsquerschnitt des Strömungsraums (4) in Strömungsrichtung (Z) verkleinert und/oder die Heizleistung des/der Flächenheizkörper (11, 15, 16) in Strömungsrichtung abnimmt.
Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Innenrohres (3) einen weiteren Strömungsraum (6) für die Flüssigkeit bildet.
Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Flächenheizkörper (11) außerhalb des Strömungsraumes (4) liegen.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsraum (4) ein wendelförmiger Strömungsleitkörper (5) angeordnet ist.
Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wendelförmige Strömungsleitkörper (5) derart gewendelt ist, dass der Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit in Strömungsrichtung abnimmt.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3) oder das Außenmantelteil (2) derart konisch ist, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungsraumes (4) in Strömungsrichtung (Z) abnimmt.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der einen Seite der aus Innenrohr (3) und Außenmantelteil (2) bestehenden Anordnung die Flüssigkeitsströmung von dem zwischen dem Außenmantelteil (2) und dem Innenrohr (3) bestehenden Strömungsraum (4) in den weiteren Strömungsraum (6) oder aus dem weiteren Strömungsraum (6) in den zwischen dem Außenmantelteil (2) und dem Innenrohr (3) bestehenden Strömungsraum (4) umgelenkt ist und dass an der anderen Seite der Anordnung ein Flanschteil (8) vorgesehen ist, das einen Zulaufanschluss (9) und einen Auslaufanschluss (10) für die Flüssigkeit aufweist.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenmantelteil von einem Außenrohr (2) gebildet ist, das an der einen Seite mittels einer die Flüssigkeit umlenkenden Verschlusskappe (7) und auf der anderen Seite mittels des Flanschteils (8) abgeschlossen ist.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Flächenheizkörper (11, 15, 16) derart gestaltet ist/sind, dass seine/ihre Heizleistung bezogen auf die Strömungsrichtung (Z) abnimmt.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Flächenheizkörper (11) sich parallel zur Längsrichtung des Außenmantelteils (2) und/oder des Innenrohres (3) erstreckt/erstrecken.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Flächenheizkörper (15, 16) am Außenmantelteil (2) und/oder am Innenrohr (3) entsprechend des wendelförmigen Strömungsleitkörpers (5) gewendelt verlaufen.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenheizkörper (11) getrennt schaltbar sind.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Flächenheizkörper (11) Dickschicht-Heizkörper sind.
Flüssigkeitserhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Außenmantelteil (2) und/oder das Innenrohr (3) wenigstens ein Temperatursensorelement aufgebracht ist.