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Elektrischer Durchlauferhitzer Die Erfindung bezieht sich auf einer.
elektrischen Durchlauferhitzer für Flüssigkeiten, insbesond@re Wasser in Kaffeemaschinen,
mit im Innenraum eines isolierenden Gehäuses gegenüberstehend angeordneten, an eine
Spannungsquelle anschließbaren Flächenelektroden, wobei das Gehäuse einen Zufluß
und einen Abfluß für die zu erhitzende Flüssigkeit aufweist, die bei Eontakt mit
beiden Elektroden einen Elektrischen Viderstand bildet.
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Die Erhitzung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, mittels zweier
in diese eintanchende Elektroden ist bekannt. Hierbei bildet das Wasser, solange
beide Elektroden mit diesem Kontakt baben, eine elektrisch leitende Verbindung,
wobei die Größe
des durch das Wasser fließenden Stroms von der umspülten
Fläche und dem Abstand der Elektroden abhängig ist. Da das Wasser einen Widerstand
bildet, wird die Wärme direkt zugeführt, wodurch der Energieaufwand für die Erwärmung
gegenüber der Beheizung mit einer Heizwendel od. dgl. wesentlich verringert wird.
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Ein weiterer Vorteil der Beheizung durch Elektroden besteht darin,
daß, wenn der Wasserstand unter die Unterkante der Elektroden gefallen ist, kein
Stromfluß mehr vorhanden ist, das Gerät sich also sofort ohne Zuhilfenahme irgendwelcher
zusätzlicher Einrichtungen selbstätig ausschaltet.
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Die Dachteile der bisher bekannten Ausführungsformen von Erhitzer
mittels Elektroden bestehen zunächst darin, daß die meist stangenförmig ausgebildeten
Elektroden immer so angeordnet sind, daß sie von oben in einen Wasserbehälter eintauchen.
Auf diese Weise entsteht nur in einem sehr kleinen Bereich, nämlich unmittelbar
zwischen den Elektroden, ein homogenes elektrisches Feld, das stark genug ist, die
Flüssigkeit in diesem Bereich auf den geförderten Betrag zu erwärmen. Der Rest der
Flüssigkeit liegt jedoch in dem Wirkungsbereich eines derart schwachen elektrischen
Feldes, daß sie sich kaum erwärmt. Hierdurch entstehen innerhalb des Wasserberhälters
so große Demperaturdifferenzen, daß die zwischen den Elektroden entstehende Wärme
nach außen abgeleitet und dann an die Behälterwandung abgegeben wird. Die hierdurch
entstehenden Wärmeverluste müssen durch eine höhere Heizleistung ausgeglichen werden.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei den bisher bekannten
Ausführungsformen
der Wasserbehälter nicht vollständig geleert wird, da die Elektroden nicht bis zum
Boden reichen. Das verbleibende Restwasser läßt Korrosionserscheinungen entstehen.
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Da es unter Umständen tagelang in dem Wasserbehälter verbleibt, verschlechtert
sich sein Geschmack derart, daß hierdurch auch der Geschmack des Kaffees beeinträchtigt
wird.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer
mit Elektrodenbeheizung so zu gestalten, daß die Erhitzung auf kleinstem Raum mit
möglichst wenig Verlusten verbunden ist und darüberhinaus gleichzeitig eine vollständige
Entleerung des Systems erfolgt.
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Diese aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der von dem
Gehäuse umschlossene freie Innenraum des Durchlauferhitzers au den von den Flächenelektroden
umrissenen Raum beschränkt ist. Dabei ist unter*dem von den Flächenelektroden umrissenen
Raum der Raum zu verstehen, der von den Flächenelektroden selbst sowie der Fläche
bzw. den Flächen eingeschlossen wird, die durch eine Schar von die Ränder der Flächenelektroden
verbindenden Äbstandsgraden gebildet wird. Die Erfinder sind hierbei von der Überlegung
ausgegangen, daß die Erhitzung der Flüssigkeit am effektsvollsten ist, wenn diese
innerhalb des Durchlauferhitzers ausschließlich zwischen den beiden Blächenelektroden
gehalten wird, also nicht auch noch deren Rückseiten umspült, sodaß sich auf diese
Weise in der Flüssigkeit ein starkes, annähernd homogenes elektrisches Feld aufbauen
kann. Auf diese Weise wird das ganze, im Innenraum des Durchlauferhitzers befindliche
Wasser gleichmässig erhitzt, sodaß innerhalb der
Flüssigkeit kein
nennenswertes Temperaturgefälle entsteht.
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Durch diese intensive Wärmeentwicklung innerhalb des ganzen Gehäuses
des Durchlauferhitzers kann dieser relativ kompakt und klein gehalten werden, wodurch
Wärmeverluste durch die Wandung des Gehäuses sehr gering sind.
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In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flächenelektroden
zueinander parallel stehen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschlagen,
daß die Blächenelektroden senkrecht stehen.
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Ferner ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die untersten Punkte
bzw. Kanten beider Flächenelektroden auf gleicher Höhe liegen. Auf diese Weise ist
gewährleistet, daß selbst geringe Mengen Flüssigkeit eine leitende Verbindung zwischen
den beiden Flächenelektroden herstellen. Hierdurch werden auch diese Flüssigkeitsreste
erhitzt und verdampfen restlos, sodaß innerhalb des Gehäuses des Durchlauferhitzers
keine Blüssigkeits-Hickstände bestehen bleiben.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschlagen, daß
der Zulauf oberhalb des tiefsten Punktes des Innenraumes einmündet.
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Desweiteren ist gemäß der Erfindunglvorgesehen, daß beide Flächenelektroden
als ebene Platten ausgebildet sind, die sowohl rund oder eckig von gleicher Form
sein können.
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Ferner ist vorgeschlagen, daß die ebenen Platten deckungsgleich
gegenüber
stehen.
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Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse innerhalb des Gehäuses
des Durchlauferhitzers ist weiterhin vorgesehen, daß der Zulauf annähernd tangential
einmündet.
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Ferner ist als alternative Ausführungsform vorgeschlazen, daß die
Flächenelektroden als konzentrisch ineinander angeordnete Zylinder ausgebildet sind.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist gemaß der Erfindung
vorgesehen, daß das Gehäuse als Rohr gestaltet ist, in dem die als Bänder ausgebildeten
Flächenelektroden zweigängig in Schraubenlinie angeordnet sind, wobei das Rohr selbst
kreisrund sein kann.
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In Ausbildung dieser Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgeschlagen,
daß das Rohr als biegsamer Schlauch ausgebildet ist. Dabei kann das Rohr U-förmig
gebogen sein, wobei die Rohrbiegung an der tiefsten Stelle liegt, oder spiralig
gebogen sein.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von schematisch gehaltenen
Schnittdarstellungen in mehreren Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es
zeLgen: Fig. 1 Vertikalschnitt durch einen Durchlauferhitzer mit als Zylinder ausgebildeten
Flächenlektroden;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Durchlauferhitzer
mit als ebene Platten ausgebildeten Flächenelektroden; Fig. 3 einen gegenüber Fig.
2 um 900 gedrehten Vertikalschnitt durch den Durchlauferhitzer gemäß Fig. 2; Fig.
4 einen Teil einer Kaffeemaschine mit als Bänder ausgebildeten Flächenelektroden.
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Fig. 1 zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer mit Flächenelektroden,
die als konzentrisch ineinander angeordnete Zylinder 1 und 2 ausgebildet sind. Der
von dem äußeren Zylinder 1 umrissene Innenraum des Durchlauferhitzers ist von einem
aus isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff, bestehenden Gehäuse 3' umgeben,
das aus der ebenfalls zylindrischen Seitenwand 3'a, an die sich der äußere Zylinder
1 mit seiner Außenseite anschmiegt, sowie dem unteren und oberen Deckel 3'b und
3'c besteht. Der innere Zylinder 2, der hohl oder massiv ausgeführt sein kann, steht
mit seiner Unterkante auf dem unteren Deckel 3'b des Gehäuses 3'und ist etwas niedriger
als der äußere Zylinder 1. Beide Zylinder sind über die an ihren Unterkanten angebrachten
elektrischen Leitungen 4 und 5 an eine Spannungsquelle anschließbar.
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Am unteren Ende der Seitenwand 3à, in dieser Ansicht auf der rechten
Seite, ist ein horizontal einmündender Zulaufstutzen 6' eingelassen, über den das
zu erhitzende Wasser gegebenenfalls aus einem Behälter in den Innenraum zwischen
die beiden Zylinder
1 und 2 gelangt. Das Wasser, das durch den durch
die erhitzung entstehenden Dampfdruck nach oben gedrückt wird, kann Xber den in
der Mitte des oberen Deckels 3'c angebrachten Ablaufstutzen 7' entweichen und über
Leitungen seinem Verwendungszweck zugeführt werden.
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Da die beiden Zylinder 1 und 2 permanent unter Spannung; stehen, entsteht
sofort mit dem Einfliessen von Wasser eine leitende Verbindung zwischen den beiden
Blächenelektroden. Der durch das Wasser fließende Strom ist dabei so groß, daß er
es auf die geforderte Temperatur erhitzt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß
innerhalb des Wassers bis zur Oberkante des inneren Zylinders 2 ein homogenes elektrisches
Feld besteht, wodurch eine intensive Erwärmung des Wassers ohne nennenswerte Wärmeverluste
auf kleinstem Raum gewährleistet ist. Hierdurch werden die Zeiten zur Erhitzung
des Wassers bzw. der hierfür benötigte Energieaufwand wesentlich verringert.
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Weiterhin wird durch das Herabziehen der Flächenelektroden bis zum
flachen Boden auch der letzte Wasserrest zum Verdampfen gebracht, da auch bis zum
restlosen Verdampfen eine leitende Verbindung zwischen den Flächenelektroden bestehen
bleibt.
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nach dem Verdampfen des Wasserrestes ist der Stromfluß zwischen den
Flächenelektroden unterbrochen. Auf diese Weise schaltet sich das Gerät ohne irgendwelche
zusätzliche Schaltvorrichtungen selbsttätig aus.
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In Fig. 2 und 9 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung
gezeigt,
und zwar in Fig. 2 in einem Vertikalschnitt und in Fig. 3 in einem um 900 gedrehten
Vertikalschnitt.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, handelt es sich in diesem Fall bei den
Flächenelektroden um zwei sich deckungsgleich und senkrecht gegenüber stehende,
ebene Platten 8 und 9, die die gleiche Form und Größe aufweisen. Der von beiden
Platten 8 und 9 umrissene Raum ist von einem im Schnitt rechteckigen Gehause 3''
aus isolierendem Material, das in der Mitte in zwei gleiche Hälften 3''a und D''b
senkrecht geteilt ist, umgeben. Dabei liegen die beiden Platten mit ihren Außenseiten
an der inneren Gehäusewandung an, sodaß der freie Innenraum dem Raum zwischen den
beiden Platten 8 und 9 entspricht. Im unteren Teil des Innenraums etwas oberhalb
des tiefsten Punktes befindet sich der horizontal einmündende Einlaufstutzen 6'',
während sich der senkrecht verlaufende Ablaufstutzen 7''im oberen Teil des Gehäuses
3''eingelassen ist. Mittels der beiden Anschlüsse 10 und 11, die von der Außenseite
der beiden Platten 8 und 9 durch das Gehäuse D' nach außen ragen, sind die Flachenelektroden
an eine Spannungsquelle anschließbar.
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Fig. 3 zeigt die runde Form der Platte 9, die mit der zweiten, hier
nicht sichtbaren Platte 8 identisch ist, sowie den tangential eiumündenden Zulaufstutzen
6'' und den vertikal angeordneten Ablaufstutzen 7 ''. Durch das tangentiale Einlaufen
des zu erhitzenden Wassers gestalten sich die. Strömungsverhältnasse innerhalb des
Gehäuses 3' 'besonders günstig, was sich in einer Verkürzung der Erhitzungszeit
gegenüber anderen Anordnungen ausdrückt
Die Arbeitsweise dieses
Durchlauferhitzers entspricht der des in Fig. 1 gezeigten. Das durch den Zulaufstutzen
6' einlaufende Wasser bildet, da auch in dieser Ausführungsform die Blachenelektroden
bis zum tiefsten Punkt des Innenraumes reichen, sofort eine leitende Verbindung
zwischen den Flächenelektroden, sodaß der dann fließende Strom das Wasser erwärmt.
Dabei entsteht, wenn sich der Innenraum füllt, innerhalb des Wassers überall ein
homogenes elektrisches Feld, das für intensive Erwärmung auf kleinstem Raum ohne
nennenswerte Wärmeverluste sorgt.
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Ferner ist auch in dieser Ausführungsform eine restlose Entleerung
des Innenraums vom Restwasser gewährleistet, da die.
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Elektroden bis zum tiefsten Punkt des Innenraums reichen.
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In Fig. 4 ist eine weitere, die Erfindung verwirklichende Ausführungsform
dargestellt. Sie zeigt einen Teil einer Kaffeemaschine mit dem Wasserbehälter 10,
an dessen Boden eine zunächst senkrecht nach unten führende Leitung 11 angeschlossen
i3t. gn diese Leistung 11 schließt sich das Gehäuse 3''' des Durchlauferhitzers
an, das in Form eines biegsamen Schlauches aus isolierendem Kunststoff ausgebildet
ist und nach einer iao0 -Biegung senkrecht nach oben führt. Dort ist es an eine
durch den Wasserbehälter 10 führende Leitung 12 angeschlossen, an deren Ende das
Uberleitungsstück 13 befestigt ist, durch das das erhitzte Wasser in den hier nicht
gezeigten Filtertopf geleitet wird.
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Das schlauchförmige Gehäuse 3"' des Durchlauferhitzers ist
teilweise
aufgeschnitten gezeichnet, sodaß die Anordnung der beiden Flächenelektroden sichtbar
wird. Diese sind als dünne Bänder 14 und 15 ausgebildet, die mit ihren Rückseiten
an der Innenwand des schlauchförmigen Gehäuses 3''' anliegen. Sie können dort auch
eingelassen sein. Dabei sind die Bänder 14 und 15 in einer Schraubenlinie nach Art
einer zweigängigen Spirale gewendelt. Auf diese Weise stehen sich die nach innen
gerichteten Flächen beider Flächenelektroden jeweils senkrecht gegenüber, sodaß
auch bei dieser Ausführungsform ein homogenes elektrisches Feld gebildet wird, das
zur intensiven Erwärmung des Wassers auf kleinstem Raum führt. An den oberen Enden
der beiden Bänder 14'und 15 sind nach außen führende Anschlüsse 16 und 17 befestigt,
über die die Flächenelektroden an eine Spannungsquelle anschließbar sind.
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Da das schlauchförmige Gehäuse 3''' nach unten durchgebogen ist, sodaß
das Wasser innerhalb des Durchlauferhitzers seinen tiefsten Punkt erreicht, ist
gewährleistet, daß auch die verbleibenden Wasserreste verdampfen, weil bis zuletzt
die Flächenelektroden durch diesen Wasserrest leitend verbunden sind. Durch das
aus einem biegsamen Schlauch bestehende Gehäuse 3"' und die ebenfalls biegsamen
Bänder 14 und 15 der Flächenelektroden sind zahlreiche Formgebungen möglich. So
kann das Gehäuse 3''' selbst zu einer senkrecht stehenden oder waagerecht liegenden
Spirale gebogen sein oder auch direkt als senkrecht stehendes Rohr in den Wasserbehälter
eintauchen.
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Mit diesen Ausführungsfornzen sind kompakte und mit geringst
möglichen
Wärmeverlusten und deshalb wirtschaftlich arbeitende Durchlauferhitzer mit Elektrodenbeheizung
gefunden, die zudem einfach und aufgrund ihrer geringen Abmessungen billig herzustellen
sind.