DE3810624A1 - Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchlauferhitzer mit einem Kanal für flüssige oder gasförmige Medien und einer elektrischen Heizeinrichtung.

Derartige Durchlauferhitzer sind bspw. in Haushalts- Warmwasseraufbereitern bekannt. Als elektrische Heizein­ richtungen sind dabei bspw. Heizwendeln oder Rohrheizkör­ per einsetzbar.

Es ist weiterhin bekannt, bei Geschirrspülern Durchlauf­ erhitzer einzusetzen, bei denen um einen rohrförmigen Ka­ nal ein Rohrheizkörper schraubenförmig gewickelt ist.

Die bekannten Durchlauferhitzer weisen eine Vielzahl von Teilen auf und es können zwischen der elektrischen Heiz­ einrichtung und dem Kanal Wärmeverluste auftreten. Wei­ terhin wird der Kanal durch die Heizeinrichtung ungleich­ mäßig erwärmt. Dies kann bei Erwärmung von Wasser zu ver­ stärkter Kalkabscheidung führen, die mit zunehmender Überhitzung in den davon betroffenen Bereichen des Kanals stark ansteigen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren Durchlauferhitzer zu schaffen, bei dem der Kanal zur Aufnahme des zu erwärmenden Mediums im wesent­ lichen gleichmäßig beheizbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Durchlauferhitzer der ge­ nannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizeinrichtung eine auf den Kanal aufgebrachte dünne, elektrisch leitfähige Metalloxidschicht aufweist, die mit etwa gleichen Mengen einander paarweise kompensierender Fremdatome aus je mindestens einem Akzeptoren bildenden Element und je mindestens einem Donatoren bildenden Ele­ ment in einer Menge bis zu je 10 Atom% dotiert ist, die an ihren beiden Enden ringförmig über den Umfang des Ka­ nals verlaufende Kontaktflächen aufweist, an die jeweils mit einem elektrischen Leiter verbindbare Elektroden an­ schließbar sind.

Die Verwendung einer eine elektrisch leitfähige Metall­ oxidschicht aufweisenden Dünnschicht-Heizeinrichtung führt zu einem einfach herstellbaren und einfach zu mon­ tierenden Durchlauferhitzer. Der Aufbau und die Vorteile derartiger Dünnschicht-Heizeinrichtungen sind detailliert in der Anmeldung (Anmelde-Nr. P 37 05 639.5) der gleichen Anmelderin beschrieben; der Inhalt dieser Anmeldung wird ausdrücklich zum Gegenstand der Offenbarung der vorlie­ genden Anmeldung gemacht.

Dadurch, daß die Metalloxidschicht an ihren beiden Enden ringförmig über den Umfang des Kanals verlaufende Kon­ taktflächen aufweist, an die jeweils mit einem elektri­ schen Leiter verbindbare Elektroden anschließbar sind, ist der Durchlauferhitzer einfach in einen elektrischen Stromkreis einsetzbar. Für einen guten Kontakt sind die Kontaktflächen bspw. aus Leitsilber herstellbar. Mit die­ sen Kontaktflächen gut elektrisch leitend verbindbare Elektroden sind einstückig und ringförmig bspw. aus Nickel oder Duratherm herstellbar.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der Kanal aus Hart- oder Quarzglas gebildet ist. Derartige Kanäle sind bspw. mit rundem oder quadratischen Querschnitt ein­ fach und mit ausreichender Temperaturbeständigkeit her­ stellbar.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, daß der Kanal aus Glaskeramik gebildet ist. Aus Hart- oder Quarzglas bzw. aus Glaskeramik hergestellte Kanäle können in optisch an­ sprechender Weise transparent ausgebildet sein und somit günstig zu dem ästhetischen Gesamteindruck bspw. von Warmwasserzubereitern oder Kaffeemaschinen beitragen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Metall­ oxidschicht zwischen ihren Endbereichen mindestens eine weitere Kontaktfläche auf, an die eine weitere Elektrode anschließbar ist. Damit ist in einfacher Weise die Heiz­ leistung steuerbar, indem Bereiche zwischen zwei oder mehreren Kontaktflächen einschaltbar sind.

Bei einer Stromversorgung über mehrere Elektroden ist es vorteilhaft, daß zwei oder mehrere Elektroden mit einem gemeinsamen Leiter verbindbar sind. Es ist damit in ein­ facher Weise eine Stromversorgung möglich.

In diesem Fall hat es sich weiterhin als vorteilhaft her­ ausgestellt, daß zwischen, mit einem gemeinsamen Leiter verbindbaren, Elektroden angeordnete Elektroden eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des gemeinsamen Leiters aufweisen. Die Stromversorgung ist damit besonders ein­ fach und raumsparend.

Es ist ferner vorteilhaft, daß die elektrischen Leiter mit Elektroden verschweißbare oder verschraubbare metal­ lische Kontaktstifte sind.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktstifte mit Isolationshülsen isolierbar und/oder an den den Elektroden gegenüberliegenden Enden mit elektri­ schen Anschlußstiften versehen. Es ergibt sich damit in einfacher Weise eine sichere Stromversorgungseinrichtung.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Ab­ stand von dem Kanal ein Schutzrohr angeordnet. Das bspw. aus Quarz oder Hartglas mit einer Wandstärke von etwa 1 bis 3 mm herstellbare Schutzrohr führt zu einer einfach handhabbaren Bauform für den Durchlauferhitzer, bei der sowohl die Metalloxidschicht als auch die elektrischen Leitungen geschützt sind.

Es ist dabei vorteilhaft, daß zwischen Schutzrohr und Ka­ nal Abstandsringe dichtend verklebbar sind. Derartige, bspw. aus Silikon herstellbare und mittels Silikonkleber verbindbare, Abstandsringe führen in einfacher Weise zu einem geschlossenen Aufbau des Durchlauferhitzers mit ei­ nem Schutzrohr. Elektrische Leiter bzw. Kontaktstifte können dabei die Abstandsringe durchdringen und somit einfach nach außen geführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durch­ lauferhitzers ist anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch einen vereinfacht, schematisch dargestellten Durchlauferhitzer.

Der in der Figur dargestellte Durchlauferhitzer hat einen rohrförmigen Kanal 1, der beidseits offen ist und an eine nicht dargestellte Rohrleitung für flüssiges oder gasför­ miges Medium zum Einsatz bspw. in Geschirrspülmaschinen bzw. Wäschetrocknern anschließbar ist. Der Kanal 1 be­ steht aus Quarz- oder Hartglas mit einer Wandstärke von etwa 1 bis 3 mm. Er ist bereichsweise mit einer elek­ trisch leitfähigen dünnen Metalloxidschicht 3, bspw. ei­ ner SnO2-Schicht, versehen, die mit gleichen Mengen ein­ ander paarweise kompensierender Fremdatome aus je mindes­ tens einem Akzeptoren bildenden Element und je mindestens einem Donatoren bildenden Element in einer Menge bis zu je 10 Atom% dotiert ist. Die Metalloxidschicht 3 bildet eine temperaturbeständige Heizeinrichtung für den Durch­ lauferhitzer wie sie detailliert in der Anmeldung (Anmel­ de-Nr. P 37 05 639.5) der gleichen Anmelderin beschrieben ist.

Für eine Stromversorgung ist die Metalloxidschicht 3 in ihren Endabschnitten und einem Mittenabschnitt mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Leitsilberschicht als Kontaktfläche versehen, die jeweils ringförmig über den Umfang des Kanals 1 bzw. der Metalloxidschicht 3 ver­ läuft. An jedem der Leitsilber-Kontaktflächen ist eine ringförmige Elektrode 5, 7, 9 elektrisch leitend ange­ schlossen. Die Elektroden 5, 7, 9 sind bspw. einstückig aus Nickel oder Duratherm herstellbar.

Jede der Elektroden 5, 7, 9 ist über elektrische Kontakt­ stifte 11, 13 und mit diesen verbundene Anschlußstifte 15 bzw. 17 an einen elektrischen Stromkreis anschließbar. Die beiden äußeren Elektroden 5, 7, die in jeweils einem Endbereich der Metalloxidschicht 3 angeordnet sind, sind an den Kontaktstift 11 angeschlossen, während der kürzere Kontaktstift 13 an die in der Mitte der Metalloxid­ schicht 3 angeordnete Elektrode 9 angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen den Elektroden 5, 7 und 9 und Kon­ taktstiften 11 bzw. 13 ist dabei bspw. über Schweiß- oder Schraubverbindungen möglich.

Jeder der Kontaktstifte 11, 13 ist von einer, bspw. aus Quarz herstellbaren, Isolationshülse 19 und 19′ für den Kontaktstift 11 und 21 für den Kontaktstift 13 umgeben. Zur Verbindung der beiden äußeren Elektroden 5, 7 ist der Kontaktstift 11 mit der ihn umgebenden Isolationshülse 19 durch eine Durchgangsöffnung 23 in der mittleren Elektro­ de 9 geführt.

Zum Schutz der Metalloxidschicht 3 sowie der Elektro­ den 5, 7, 9 und der Kontaktstifte 11, 13 mit den sie um­ gebenden Isolationshülsen 19, 19 und 21 ist im wesentli­ chen konzentrisch zu dem Kanal 1 ein Schutzrohr 25 ange­ ordnet, das in jedem seiner Endbereiche über Abstandsrin­ ge 27 bzw. 29 mit dem Kanal 1 dichtend verbindbar ist. Das Schutzrohr 25 weist eine größere Länge auf, als der mit der Metalloxidschicht 3 versehene Bereich des Ka­ nals 1, so daß die Abstandsringe 27, 29 im Abstand von den äußeren Elektroden 5, 7 angeordnet sind. Die Ab­ standsringe 27, 29 sind bspw. aus Silikon herstellbar und über Silikonkleber mit dem Kanal 1 sowie dem Schutz­ rohr 25 verklebbar. Für einen elektrischen Anschluß sind die Kontaktstifte 11, 13 durch den Abstandsring 29 in ei­ nen außerhalb des Schutzrohres 25 liegenden Bereich führ­ bar.

Für einen Einsatz in Geschirrspülern oder Waschmaschinen kann der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer bspw. eine Leistung von P=3200 W bei einer Spannung U=220 V ha­ ben. Der Kanal 1 kann dann bspw. einen Außendurchmesser D von 40 mm und eine Wandstärke d von etwa 2 mm aufweisen. Bei zwei Heizsegmenten mit einem Abstand l von etwa 50 mm zwischen Elektroden 5 und 9 bzw. 9 und 7 ergibt sich der Widerstand eines zwischen zwei Elektroden 5, 9 bzw. 9, 7 liegenden Bereiches zu

R = U²/P/2 = 30,3 Ohm.

Aus der Beziehung

ergibt sich ein Flächenwiderstand R der Metalloxid­ schicht 3 im Betrieb zu R′=76 Ohm.

Eine Flächenleistung p ergibt sich für die vorliegenden Abmessungen zu p=25,5 W/cm².

Bei einer maximalen Betriebstemperatur der Metalloxid­ schicht 3 von etwa 380°C ergibt sich ein Kaltwiderstand für eine aus SnO2 gebildete Metalloxidschicht 3 zu R′=70,5 Ohm. Die dafür einzustellende Schichtdicke t der Metalloxidschicht 3 ergibt sich aus der Beziehung t=ϕ/R′ mit einem spezifischen Widerstand ϕ=15 Ohm µm zu t=0,213 µm.

Zum Einsatz in einer Kaffeemaschine mit einer Leistung P=800 W bei U=220 V kann ein Durchlauferhitzer mit zwei Heizsegmenten auf Quarzglas einen Kanal 7 bspw. mit einem Außendurchmesser D von etwa 14 mm und einer Wand­ stärke d von etwa 1 mm aufweisen und die Metalloxid­ schicht 3 kann eine Länge zwischen zwei Elektroden 5, 9 bzw. 9, 7 von 60 mm haben. Daraus ergibt sich mit den für das vorstehende Beispiel angegebenen Beziehungen der Wi­ derstand eines Segmentes zu R′=121 Ohm und der Flächen­ widerstand einer Schicht während des Betriebes zu R′=88,7 Ohm.

Die Flächenleistung ergibt sich zu p=15,2 W/cm². Bei einer maximalen Betriebstemperatur von 200°C und ei­ nem Kaltwiderstand der Schicht R′=85,4 Ohm ergibt sich eine Schichtdicke der Metalloxidschicht 3 zu t=0,176 µm.

Claims (10)

1. Durchlauferhitzer mit einem Kanal für flüssige oder gasförmige Medien und einer elektrischen Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine auf den Kanal (1) aufge­ brachte dünne, elektrisch leitfähige Metalloxid­ schicht (3) aufweist, die mit etwa gleichen Mengen einan­ der paarweise kompensierender Fremdatome aus je mindes­ tens einem Akzeptoren bildenden Element und je mindestens einem Donatoren bildenden Element in einer Menge bis zu je 10 Atom% dotiert ist, die an ihren beiden Enden ring­ förmig über den Umfang des Kanals (1) verlaufende Kon­ taktflächen aufweist, an die mit elektrischen Lei­ tern (11, 13) verbindbare Elektroden (5, 7, 9) anschließ­ bar sind.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1) aus Hart- oder Quarzglas gebildet ist.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1) aus Glaskeramik gebildet ist.

4. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (3) zwischen ihren Endbereichen mindestens eine weitere Kontaktfläche aufweist, an die eine weitere Elektrode (9) anschließbar ist.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Elektroden (5, 7) mit einem gemein­ samen Leiter (11) verbindbar sind.

6. Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mit einem gemeinsamen Leiter (11) verbindba­ ren Elektroden (5, 7) angeordnete Elektroden (9) eine Durchgangsöffnung (23) für den gemeinsamen Leiter (11) aufweisen.

7. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (11, 13) mit Elektroden (5, 7, 9) verschweißbare oder verschraubbare metallische Kon­ taktstifte sind.

8. Durchlauferhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (11, 13) mit Isolationshül­ sen (19, 19′, 21) isolierbar sind und/oder an den den Elektroden (5, 7, 9) gegenüberliegenden Enden mit elek­ trischen Anschlußstiften (15, 17) versehen sind.

9. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein im Abstand von dem Kanal (1) angeordnetes Schutz­ rohr (25).

10. Durchlauferhitzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schutzrohr (25) und Kanal (1) Abstandsrin­ ge (27, 29) dichtend verklebbar sind.