DE9218395U1 - Electric instantaneous water heater - Google Patents

Electric instantaneous water heater

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Description

, J ' PATENTANWÄLTE ZENZ, HELBER, HOSBACH %IAUFER · ft-4300 ES^Efcl 1 »AM RUHRSTEIN 1, J ' PATENT ATTORNEYS ZENZ, HELBER, HOSBACH %IAUFER · ft-4300 ES^Efcl 1 »AM RUHRSTEIN 1

Elektrischer DurchlauferhitzerElectric instantaneous water heater

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Durchlauferhitzer mit einem Kaltwasser-Einlauf, einer Steuerungeinrichtung, einer ersten Isolationsstrecke, einer dieser nachgeschalteten Heizstrecke, einer zweiten Isolationsstrecke und einem Warmwasser-Auslauf.The invention relates to an electric instantaneous water heater with a cold water inlet, a control device, a first insulation section, a heating section connected downstream of this, a second insulation section and a hot water outlet.

Neuere elektrische Durchlauferhitzer weisen in der Regel einen Kunststoffblock auf, in welchem mehrere von dem zu erwärmenden Wasser durchströmte Bohrungen ausgebildet sind. Ein Teil der Bohrungen gehört zur Heizstrecke und enthält je eine Heizwendel, während die restlichen Bohrungen Abschnitte der ersten bzw. zweiten Isolationsstrecken bilden. An den Kopfteilen des Kunststoffblocks sind Krümmer ausgebildet, welche die Bohrungen miteinander derart verbinden, daß der labyrinthartigen oder mäanderförmigen ersten Isolationsstrecke eine labyrinthartige Hei&zgr;strecke und dieser eine wiederum labyrinthartige zweite Isolationsstrecke folgt. Auf diese Weise ergeben sich in dem Kunststoffblock zahlreiche geradlinige Leitungsabschnitte, die durch ebenso zahlreiche Umlenkungen an den Kopfteilen miteinander verbunden sind. Diese bekannte Konstruktion ist nicht ohne Nachteile. Die Zahl und Länge der in dem Kunststoffblock integrierten Leitungsabschnitte muß so bemessen sein, daß ein vorgeschriebener elektrischer Isolationswiderstand der Wassersäule sowohl auf der Kaltwasser- als auch auf der Warmwasserseite selbst bei ungünstigsten Wasserqualitäten (hohe Leitfähigkeit) gewährleistet ist. Die Baugröße des Gesamtblocks muß daher den jeweils ungünstigsten Verhältnissen angepaßt werden. Die zahlreichen Umlenkungen - bei einer bekannten Konstruktion sind beispielsweise zehn Umlenkstellen mit jeweils 180° - Umlenkungen vorgesehen - erhöhen den Strömungswiderstand und dementsprechend die Trägheit des Regelverhaltens des Durchlauferhitzers. Die systemeigene Trägheit kann nur durch eine entsprechend aufwendige Steuereinrichtung kompensiert werden.Newer electric instantaneous water heaters generally have a plastic block in which several holes are formed through which the water to be heated flows. Some of the holes belong to the heating section and contain a heating coil each, while the remaining holes form sections of the first and second insulation sections. Bends are formed on the head parts of the plastic block, which connect the holes to one another in such a way that the labyrinth-like or meandering first insulation section is followed by a labyrinth-like heating section and this is followed by a labyrinth-like second insulation section. In this way, numerous straight line sections are formed in the plastic block, which are connected to one another by just as many deflections on the head parts. This known design is not without disadvantages. The number and length of the pipe sections integrated in the plastic block must be dimensioned in such a way that a prescribed electrical insulation resistance of the water column is guaranteed on both the cold water and the hot water side even with the most unfavorable water qualities (high conductivity). The size of the entire block must therefore be adapted to the most unfavorable conditions. The numerous deflections - in a known design, for example, ten deflections are provided, each with 180° deflections - increase the flow resistance and, accordingly, the inertia of the control behavior of the instantaneous water heater. The system's own inertia can only be compensated by a correspondingly complex control device.

Diese Steuereinrichtung muß dafür sorgen, daß die gewünschte Solltemperatur auch bei Volumenstromänderungen an der Warmwasserzapfstelle eingestellt und beibehalten werden kann. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Blockkonstruktion besteht darin, daß bei Ausfall oder Störung einer von mehreren Heizwendeln und/oder Blockierung eines der zahlreichen Strömungskanäle im Kunststoffblock der Austausch des gesamten Kunststoffblocks notwendig ist. Der Kostenaufwand für diesen Austausch kommt in die Nähe der Neuanschaffung eines elektrischen Durchlauferhitzers modernerer Konzeption. Hier greift die Erfindung ein.This control device must ensure that the desired target temperature can be set and maintained even if the volume flow changes at the hot water tap. Another significant disadvantage of the known block construction is that if one of several heating coils fails or malfunctions and/or one of the numerous flow channels in the plastic block is blocked, the entire plastic block must be replaced. The cost of this replacement is close to the cost of purchasing a new electric instantaneous water heater of a more modern design. This is where the invention comes in.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den baulichen und betrieblichen Aufwand bei einem elektrischen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art zu verringern. Dabei sollen zumindest vergleichbare oder sogar verbesserte Leistungsmerkmale erreicht werden.The invention is based on the object of reducing the construction and operational effort for an electric instantaneous water heater of the type mentioned above. At least comparable or even improved performance characteristics should be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ersten und zweiten Isolationsstrecken als flexible Schläuche ausgebildet sind, die jeweils mit einem Anschlußstutzen eines Heizmoduls druckdicht gekuppelt sind. In bevorzugter Ausführungsform weist jeder Heizmodul ein in den Wasserweg eingebundenes gerades und rundes Rohr zur Aufnahme eines Heizelements und von beiden Rohrenden abgehende Anschlußstutzen auf. An der Innenwand des Heizelement-Aufnahmerohrs sind Turbulenzelemente ausgebildet.This object is achieved according to the invention in that the first and second insulation sections are designed as flexible hoses, each of which is coupled in a pressure-tight manner to a connection piece of a heating module. In a preferred embodiment, each heating module has a straight and round pipe integrated into the water path for receiving a heating element and connection pieces extending from both pipe ends. Turbulence elements are formed on the inner wall of the heating element receiving pipe.

Die Erfindung geht ab von dem bisher üblichen Konzept der Zusammenfassung der beiden Isolationsstrecken und der Heizstrecke zu einer untrennbaren, blockförmigen Baueinheit. Stattdessen sieht die Erfindung getrennt hergestellte und erst bei der Montage vereinigte Module für die Hei&zgr;strecke und preiswerte und variable Schläuche für die beiden Isolationsstrecken vor. Dies hat zahlreiche Vorteile. Flexible Schläuche lassen in einem ohnehin erforderlichen Gehäuse optimal anordnen, wobeiThe invention departs from the previously common concept of combining the two insulation sections and the heating section into an inseparable, block-shaped unit. Instead, the invention provides separately manufactured modules for the heating section and inexpensive and variable hoses for the two insulation sections that are only joined during assembly. This has numerous advantages. Flexible hoses can be optimally arranged in a housing that is required anyway, whereby

die Anzahl und die Krümmungsradien der Umlenkungen minimiert, daß heißt, die Schläuche in möglichst großen Windungen geführt werden, um die Strömungswiderstände zu minimieren. Die Längen der aus Schläuchen bestehenden Isolationsstrecken können den jeweiligen spezifischen Wasserwiderständen angepaßt werden. Bei guter Wasserqualität bzw. hohem spezifischen Widerstand des Wasser genügen kurze Schläuche zur Einhaltung des vorgeschriebenen Isolationswiderstandes; unter ungünstigen Verhältnissen sind die (relativ preiswerten) Schläuche in entsprechend größeren Längen vorzusehen.the number and the curvature radii of the deflections are minimized, i.e. the hoses are guided in the largest possible turns in order to minimize the flow resistance. The lengths of the insulation sections consisting of hoses can be adapted to the respective specific water resistance. If the water quality is good or the specific resistance of the water is high, short hoses are sufficient to comply with the prescribed insulation resistance; under unfavorable conditions, the (relatively inexpensive) hoses should be provided in correspondingly longer lengths.

Besondere betriebliche Vorteile ergeben sich aus der Anordnung von wendeiförmigen Turbulenzelementen an der Innenwand des Heizwendel-Aufnahmerohrs. Die dadurch hervorgerufenen Turbulenzen verstärken den Wärmeübergang von der Heizwendel auf das zu beheizende turbulente Fluid. Als Folge davon läßt sich bei gleichem Wärmebedarf an der Zapfstelle die Temperatur an der Heizwendel jedes Heizmoduls verringern. Die geringere thermische Beanspruchung bei gleicher Wärmeübergabe erhöht die Lebensdauer der Heizwicklung. Bei Störungen in einer Heizwicklung oder Verstopfungen in einem Leitungsabschnitt genügt es, nur den beteiligten Modul zu reparieren oder auszutauschen. Dieser Aufwand ist vergleichsweise gering.Particular operational advantages arise from the arrangement of spiral-shaped turbulence elements on the inner wall of the heating coil receiving tube. The turbulence caused by this increases the heat transfer from the heating coil to the turbulent fluid to be heated. As a result, the temperature at the heating coil of each heating module can be reduced for the same heat requirement at the tap. The lower thermal stress with the same heat transfer increases the service life of the heating coil. In the event of faults in a heating coil or blockages in a section of the line, it is sufficient to repair or replace only the module involved. This effort is comparatively low.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Turbulenzelemente durch wenigstens eine an der Innenwand des Heizwendel-Aufnahmerohres gebildete wendeiförmige Rippe gebildet. Diese Rippe hat vorzugsweise einen abgerundeten oder spitzen Rücken. Diese Rippengestaltung hat den Vorteil, daß die sich im Betrieb an die Innenwand anlegende Heizwendel nur in Punktberührung mit dem Rippenrücken steht. Die Turbulenzelemente können aber auch aus wendeiförmigen Nuten bestehen, die in der Innenwand des Heizwendel-Aufnahmerohrs mit entsprechend großer Steigung nach Art von Zügen und Feldern eines Gewehrlaufs ausgebildet sind. Bei wendeiförmigem Verlauf der Turbulenzelemente sind die Wendelrichtungen der Turbulenz-In a preferred embodiment of the invention, the turbulence elements are formed by at least one helical rib on the inner wall of the heating coil receiving tube. This rib preferably has a rounded or pointed back. This rib design has the advantage that the heating coil, which is in contact with the inner wall during operation, is only in point contact with the back of the rib. The turbulence elements can also consist of helical grooves, which are formed in the inner wall of the heating coil receiving tube with a correspondingly large pitch in the manner of the grooves and fields of a gun barrel. If the turbulence elements are helical, the spiral directions of the turbulence

elemente und der Heizwendel vorzugsweise gegenläufig vorgesehen. Eine weitere alternative Ausbildung von Turbulenzelementen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein etwa rohrförmiges Kunststoffgitter an der Innenwand des Heizwendel-Aufnahmerohrs angebracht ist und daß die Heizwendel in dem vom rohrförmigen Kunststoffgitter umgrenzten Raum angeordnet ist.elements and the heating coil are preferably provided in opposite directions. Another alternative design of turbulence elements is characterized in that an approximately tubular plastic grid is attached to the inner wall of the heating coil receiving tube and that the heating coil is arranged in the space delimited by the tubular plastic grid.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstrecke mehrere Heizmodule aufweist, die über komplementär gestaltete Anschlußstutzen lösbar miteinander gekuppelt und in Reihe geschaltet sind. Der Zusammenbau und der Einbau der Heizstrecke kann dadurch begünstigt werden, daß die einem Heizmodul zugeordneten beiden Anschlußstutzen etwa radial und nach entgegengesetzten Seiten vom Aufnahmerohr abgehende, komplementäre Einsteck- und Aufnahmeteile und/oder komplementäre Bajonettkupplungen sind. In dieser Ausführungsform können alle Heizmodule identische Gestaltungen haben. Mehrere Heizmodule werden beim Zusammenbau des Gerätes, bajonettartig gekuppelt; ebenso die Anschlußstutzen mit passenden Schlauchtüllen zum Anschluß der beiden Isolationsstrecken an die Kalt- und Warmwasserseiten der Heizstrecke. Auf diese Weise können - einfach durch Änderung der Anzahl der verwendeten Heizmodule - Durchlauferhitzer mit stark unterschiedlichen Lexstungsmerkmalen aus prinzipiell den gleichen Komponenten und Heizmodulen zusammengesetzt werden.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the heating section has several heating modules that are detachably coupled to one another via complementary connection pieces and connected in series. The assembly and installation of the heating section can be facilitated by the fact that the two connection pieces assigned to a heating module are complementary plug-in and socket parts and/or complementary bayonet couplings that extend approximately radially and on opposite sides from the receiving pipe. In this embodiment, all heating modules can have identical designs. Several heating modules are coupled in a bayonet-like manner when the device is assembled; the connection pieces are also coupled with matching hose nozzles for connecting the two insulation sections to the cold and hot water sides of the heating section. In this way, instantaneous water heaters with very different performance characteristics can be assembled from essentially the same components and heating modules - simply by changing the number of heating modules used.

Um die im Betrieb unvermeidbare axiale Auslenkbewegung der Heizwendel bei Anströmen durch das zu beheizende Fluid zu begrenzen, können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von der Innenwand des Heizwendel-Aufnahmerohrs vorspringende Haltemittel beispielsweise in Form von radialen Zapfen o.dgl. vorgesehen sein. Um die Wirkung der Haltemittel zu optimieren, sollten sie sowohl axial beabstandet als auch umfangsversetzt sein.In order to limit the unavoidable axial deflection movement of the heating coil during operation when the fluid to be heated flows against it, according to a further development of the invention, holding means protruding from the inner wall of the heating coil receiving tube can be provided, for example in the form of radial pins or the like. In order to optimize the effect of the holding means, they should be both axially spaced and circumferentially offset.

Aufgrund der Modulbauweise der Funktionskomponenten des erfindungsgemäßen elektrischen Durchlauferhitzers genügt ein vergleichsweise kleines Gerätegehäuse. Die rohrförmigen HeizmoduleDue to the modular design of the functional components of the electric instantaneous water heater according to the invention, a comparatively small device housing is sufficient. The tubular heating modules

können in Griffschalen einer Gehäuse-Unterform gehalten sein. Dies gilt auch für die die Isolationsstrecke bildenden Kunststoff schlauche, die in schlaufenförmigen Windungen knickfrei festgelegt sein können.can be held in handles of a housing base. This also applies to the plastic hoses forming the insulation section, which can be fixed in loop-shaped windings without kinks.

Das in der Regel in Durchlauferhitzern eingebaute Rückschlagventil kann in einen den Kaltwasser-Einlauf bildenden Kupplungsblock eingebaut sein. Wenn letzterer über ein flexibles Kupplungsstück mit dem Steuerabschnitt der Kaltwasserleitung verbunden ist, so lassen sich die störenden Rückschlaggeräusche verringern, da der Körperschall nur minimal auf die starren Geräteteile übertragen wird.The non-return valve usually installed in instantaneous water heaters can be installed in a coupling block that forms the cold water inlet. If the latter is connected to the control section of the cold water pipe via a flexible coupling piece, the annoying non-return noise can be reduced, as the structure-borne noise is only minimally transmitted to the rigid parts of the device.

Vorzugsweise sind mehrere hintereinandergeschaltete Heizmodule vorgesehen, die einzel steuerbar und/oder schaltbar sind.Preferably, several heating modules connected in series are provided, which can be controlled and/or switched individually.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung liegt in dem Verfahren zur Herstellung des rohrförmigen Heizmoduls in dem erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer. Hierbei wird in einer Außenform welche sowohl dem Aufnahmerohr als auch den Anschlußstutzen die äußere Form gibt, ein zum Rohr koaxialer Kern derart eingetaucht, daß er allseits einen gleichmäßigen Umfangsabstand zur Außenform hat. Der Kern wird mit wenigstens einer wendeiförmigen Nut oder Rippe nach Art_ eines Gewindes hoher Steigung versehen. Der Raum zwischen der Außenform und dem Kern wird danach im Spritzgießverfahren mit.Kunststoff gefüllt. Nach dem Aushärten wird der Kern an einem axialen Ende des Formstücks unter schraubenartiger Drehbewegung herausgezogen.Another important aspect of the invention lies in the method for producing the tubular heating module in the inventive flow heater. In this case, a core coaxial with the tube is immersed in an outer mold, which gives both the receiving tube and the connecting piece their outer shape, in such a way that it has a uniform circumferential distance from the outer mold on all sides. The core is provided with at least one helical groove or rib in the manner of a high-pitch thread. The space between the outer mold and the core is then filled with plastic using an injection molding process. After curing, the core is pulled out at one axial end of the molded part using a screw-like rotational movement.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown schematically in the drawing. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Funktionselemente eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Durchlauferhitzers; undFig. 1 is a schematic representation of the essential functional elements of an embodiment of the electric instantaneous water heater according to the invention; and

Fig. 2 eine Batterie aus drei miteinander gekuppelten, übereinstimmenden Kunststoffmodulen, die zu der Heizstrecke des Durchlauferhitzers gemäß Fig. 1 gehören.Fig. 2 a battery of three coupled, matching plastic modules that belong to the heating section of the instantaneous water heater according to Fig. 1.

Der in Figur 1 darstellte Durchlauferhitzer weist die folgenden wesentlichen Funktionselemente auf: Kaltwassereinlauf 1, Steuereinrichtung 3, die insbesondere zur Steuerung der Heizleistung dient, erste Isolationsstrecke 4, eine dieser nachgeschaltete Heizstrecke 5 mit ersten, zweiten und dritten Heizmodulen 5a, 5b und 5c, die übereinstimmende Ausbildung haben, ferner eine der Heizstrecke nachgeschaltete zweite Isolationsstrecke &dgr; und ein Warmwasser-Auslauf 7. The instantaneous water heater shown in Figure 1 has the following essential functional elements: cold water inlet 1, control device 3, which serves in particular to control the heating output, first insulation section 4, a heating section 5 connected downstream of this with first, second and third heating modules 5a, 5b and 5c, which have the same design, furthermore a second insulation section δ connected downstream of the heating section and a hot water outlet 7.

Der Kaltwassereinlauf 1 ist als Metallblock ausgebildet, in welchem zusätzlich zum Kaltwasseranschluß ein handbetätigbares Absperrventil 11, ein Wasserfilter 12 und ein Rückschlagventil 13 integriert sind. Stromab des Kaltwasser-Einlaufblocks I ist ein in der Regel starrer Leitungsabschnitt 2 angeordnet, an dem die Steuereinrichtung 3 angebracht und verschiedene, bei Durchlauferhitzern übliche Meß- und Steuerelemente angeordnet sind. Zu letzteren gehört ein Differenzdruck- oder Strömungsschalter 20, der bei Entnahme von Wasser am Warmwasserauslauf 7 den elektrischen Heizstromkreis zur Steuereinrichtung 3 schließt. Kaltwassertemperatur und Druck auf der Kaltwasserseite werden über geeignete Meßfühler 23 erfaßt. In der Steuereinrichtung 3 sind TRIACs zur separaten Steuerung der Heizleistung der einzelnen Heizmodule 5a, 5b und 5c über deren Heizwendel 50a, 50b und 50 vorgesehen. Die Heizwendel 5 0a-c bestehen aus blanken Heizwiderstandsdrähte, die einen vorzüglichen Wärmeübergang zu dem zu beheizenden Fluid (Wasser) gewährleisten. Vorgeschrieben sind bestimmte Isolationswiderstände zwischen blanken Heizwendeln und der nächsten metallischen Anschlußstelle im Strömungsweg des Wassers. Dementsprechend lang müssen die Fluidleitungen zwischen den jeweiligen Heizmodulen 5a bzw. 5c und den Anschlüssen auf der Kalt- bzw. Warmwasserseite sein. Diese Fluidleitungswege werden bei dem dargestellten Durchlauferhitzer durch flexible Schläuche aus elektrischen isolierendem Material gebildet. Diese Schläuche lassen sich einerseits einfach mit entsprechenden Anschlußstutzen kuppeln und andererseits einfachThe cold water inlet 1 is designed as a metal block in which, in addition to the cold water connection, a manually operable shut-off valve 11, a water filter 12 and a non-return valve 13 are integrated. Downstream of the cold water inlet block I, a generally rigid line section 2 is arranged, to which the control device 3 is attached and various measuring and control elements that are usual in instantaneous water heaters are arranged. The latter includes a differential pressure or flow switch 20, which closes the electrical heating circuit to the control device 3 when water is drawn from the hot water outlet 7. The cold water temperature and pressure on the cold water side are recorded using suitable sensors 23. The control device 3 contains TRIACs for separately controlling the heating output of the individual heating modules 5a, 5b and 5c via their heating coils 50a, 50b and 50. The heating coils 5 0a-c consist of bare heating resistance wires, which ensure excellent heat transfer to the fluid to be heated (water). Certain insulation resistances are prescribed between bare heating coils and the next metal connection point in the water flow path. The fluid lines between the respective heating modules 5a and 5c and the connections on the cold and hot water side must be correspondingly long. These fluid lines are formed in the instantaneous water heater shown by flexible hoses made of electrically insulating material. These hoses can be easily coupled with corresponding connection pieces and easily

und platzsparend verlegen. So können sie beispielsweise in Schleifen hinter der Heizstrecke 5 in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse (Unterform) untergebracht sein. Der Schleifendurchmesser wird genügend groß gewählt, damit die Strömungswiderstände begrenzt und damit die Druckverluste in den die Isolationsstrecken bildenden Leitungen gering gehalten werden können.and install them in a space-saving manner. For example, they can be housed in loops behind the heating section 5 in a housing (base) not shown in the drawing. The loop diameter is chosen to be sufficiently large so that the flow resistance is limited and the pressure losses in the lines forming the insulation sections can be kept low.

Am Ausgang des im Strömungsweg letzten Heizmoduls 5c ist eine Meßfühleranordnung 30 mit einem Temperaturfühler und einem Druckfühler vorgesehen. Die Meßfühleranordnung 30 ist mit der Steuereinrichtung 3 verbunden. Die Meßfühleranordnung 30 nimmt teil an der Steuerung oder Regelung der Heizleistung mit Hilfe der TRIAC 's.A sensor arrangement 30 with a temperature sensor and a pressure sensor is provided at the outlet of the last heating module 5c in the flow path. The sensor arrangement 30 is connected to the control device 3. The sensor arrangement 30 takes part in the control or regulation of the heating power with the help of the TRIACs.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die besondere Gestaltung der einzelnen Heizmodule 5a, 5b und 5c, die nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert wird.An essential aspect of the invention is the special design of the individual heating modules 5a, 5b and 5c, which is explained below with reference to Figure 2.

Die Heizwendel-Aufnahmerohre 51 dreier Heizmodule 5a, 5b und 5c sind in der schematischen Darstellung gemäß Figur 2 über Anschlußstutzen (Aufnahme- und Steckteile 53, 54) lösbar miteinander gekuppelt. Passende Kupplungsstücke 44 und 63 sind an die Anschlußstutzen 53 und 54 der ersten und letzten Heizmodule 5a und 5c lösbar und flüssigkeitsdicht angeschlossen. Wie leicht zu sehen ist, können die einzelnen Heizungsmodule durch Lösen und Zusammenstecken der komplementären Kupplungsstutzen problemlos ausgetauscht oder ergänzt werden. Die Kupplungsstücke 44 und 63 sind in bekannter Weise mit den die Isolationsstrecken bildenden Schläuchen 4 und 6 zusammengesteckt. Die Ausbildung der Kupplungsstücke und Anschlußstutzen sowie der Dichtelemente kann bekannter Art sein. Wesentlich ist, daß die notwendige Dichtung an den Verbindungsstellen unter den in der Heizstrecke herrschenden Drücken und Temperaturen gewährleistet ist. Anstelle der in Figur 2 dargestellten Steckkupplungen können auch andere Verbindungen, z.B. Schraubverbindungen mit Überwurfmuttern oder Bajonettverschlüsse vorgesehenThe heating coil receiving pipes 51 of three heating modules 5a, 5b and 5c are detachably coupled to one another via connecting pieces (receiving and plug-in parts 53, 54) in the schematic representation according to Figure 2. Matching coupling pieces 44 and 63 are detachably and fluid-tightly connected to the connecting pieces 53 and 54 of the first and last heating modules 5a and 5c. As can easily be seen, the individual heating modules can be easily replaced or supplemented by detaching and plugging together the complementary coupling pieces. The coupling pieces 44 and 63 are plugged together in a known manner with the hoses 4 and 6 forming the insulation sections. The design of the coupling pieces and connecting pieces as well as the sealing elements can be of a known type. It is essential that the necessary seal at the connection points is guaranteed under the pressures and temperatures prevailing in the heating section. Instead of the plug-in couplings shown in Figure 2, other connections, e.g. screw connections with union nuts or bayonet locks can also be provided

sein, die bei einem relativen Verdrehen unter Herstellung der erforderlichen Dichtung zusammenrücken.which, when rotated relative to one another, move together to produce the required seal.

Jeder Heizmodul 5a, 5b und 5c ist in der Darstellung in Figur 2 offen und ohne zugehörige Heizwendel 5Oa1. 50b bzw. 50c gezeigt. An der Innenwand jedes Aufnahmerohrs 51 ist eine Rippe 52 mit dreieckigem Querschnitt angeformt, die einen wendeiförmigen Verlauf nach Art eines mehrgängigen und steilen Gewindes hat. Diese Rippe 52 gibt der Heizwendel 50a ... 50c den äußeren, mantelförmigen Halt. Die Wendelrichtungen der Rippe und der Heizwendel 50a ... 50c sind vorzugsweise gegenläufig. Die Abstützungen der Hexzwendelwxndungen an der Rippe 52 befinden sich an den jeweiligen Kreuzungsstellen der Wendeln und sind etwa punktförmig. Die gewendelte Rippe 52 ragt in den Strömungsweg des zu erwärmenden Fluids vor, wenn dieses im wesentlichen axial durch die hintereinandergeschalteten Rohre 51 fließt. An der Rippe werden die Strömungsfäden quer nach innen bzw. in eine Drallströmung entsprechend dem gewendelten Verlauf der Rippe 52 umgelenkt. Es bilden sich im Innenraum jedes Aufnahmerohrs 51 verstärkt Turbulenzen, die zu einem verbesserten Wärmeübergang zwischen den einzelnen Heizwendel-Windungen und dem Strömungsmedium führen. Dieser erhöhte Wärmeübergang verbunden mit einem deutlich verbesserten Heizwirkungsgrad, wird erfindungsgemäß ausgenutzt. Die Betriebstemperaturen der Heizwendel können im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen verringert werden.Each heating module 5a, 5b and 5c is shown open in the illustration in Figure 2 and without an associated heating coil 50a , 50b or 50c. A rib 52 with a triangular cross-section is formed on the inner wall of each receiving tube 51, which has a helical course in the manner of a multi-start and steep thread. This rib 52 provides the heating coil 50a ... 50c with the outer, jacket-shaped support. The spiral directions of the rib and the heating coil 50a ... 50c are preferably opposite. The supports of the hex coil turns on the rib 52 are located at the respective intersection points of the coils and are approximately point-shaped. The spiral rib 52 protrudes into the flow path of the fluid to be heated when this flows essentially axially through the series-connected tubes 51. At the rib, the flow threads are diverted transversely inwards or into a swirling flow corresponding to the spiral course of the rib 52. Increased turbulence forms in the interior of each receiving tube 51, which leads to an improved heat transfer between the individual heating coil turns and the flow medium. This increased heat transfer combined with a significantly improved heating efficiency is exploited according to the invention. The operating temperatures of the heating coil can be reduced compared to conventional designs.

Anstelle der bei allen Heizmodulen 5a...5c in Fig. 2 dargestellten jeweils einen gewindeförmigen Rippe 52 können mehrere parallele Rippen an der Innenwand jedes Aufnahmerohrs 51 ausgebildet sein. Die Querschnittsform jeder Rippe 52 ist relativ unkritisch. Anstelle eines relativ scharfkantigen Rückens der Rippe kann ein abgegrundeter Rippenrücken vorgesehen sein. Außerdem wird ein vergleichbarer Effekt dadurch erreicht, daß anstelle von Rippen breite Nuten in die Rohrumfangswand einge-Instead of the thread-shaped rib 52 shown in Fig. 2 for all heating modules 5a...5c, several parallel ribs can be formed on the inner wall of each receiving tube 51. The cross-sectional shape of each rib 52 is relatively uncritical. Instead of a relatively sharp-edged rib back, a chamfered rib back can be provided. In addition, a comparable effect is achieved by inserting wide grooves into the peripheral wall of the tube instead of ribs.

arbeitet sind, wobei vergleichbar einem Kugellauf eines Gewehres abwechselnd Züge und Felder entstehen.are worked, whereby grooves and fields alternate, similar to the barrel of a rifle.

Jedes Aufnahmerohr 51 wird mit seinen komplementären Anschlußstutzen 53 und 54 sowie mit der mindestens einen Rippe vorzugsweise durch ein besonderes Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt. Bei der Herstellung wird in einer Außenform ein Kern angeordnet, der den Innenraum 55 des Aufnahmerohrs begrenzt. In diesem in der Zeichnung nicht dargestellten Kern ist wenigstens eine gewendelte Nut ausgebildet, in welcher die gewendelte Rippe 52 während des Spritzgießvorgangs geformt wird. Die Außenform wird (mit Abstand) zu dem koaxialen Kern geschlossen und der Spritzgießvorgang wird durchgeführt. Nach dem Aushärten des zwischen Außenform und Kern befindlichen Formstücks wird die Außenform geöffnet, und der Kern wird durch die. Öffnung 56 an einem Stirnende des-Aufnahmerohrs 51 axial herausgezogen. Während dieser Axialbewegung wird der Kern realtiv zum Formstück 51 in Richtung der gewendelten Rippe 52 gedreht. Es wurde gefunden, daß eine leicht konische Ausbildung des Kerns mit einer Erweiterung in Richtung der Entnahmeöffnung 56 des Aufnahmerohrs 51 das Entformen des Kerns wesentlich erleichtert. Eine Beeinträchtigung der Funktion des Heizwendel-Aufnahmerohrs während des Heizbetriebs konnte durch die so entstehende konische Erweiterung des Innenraums 55 nicht festgestellt werden; die leichte Öffnung in Strömungsrichtung des Fluids erhöht sogar die Turbulenzwirkung und den Wirkungsgrad der Beheizung.Each receiving tube 51 is manufactured with its complementary connecting pieces 53 and 54 and with the at least one rib, preferably by a special plastic injection molding process. During production, a core is arranged in an outer mold, which delimits the interior 55 of the receiving tube. In this core, not shown in the drawing, at least one spiral groove is formed, in which the spiral rib 52 is formed during the injection molding process. The outer mold is closed (at a distance) from the coaxial core and the injection molding process is carried out. After the molded part located between the outer mold and the core has hardened, the outer mold is opened and the core is pulled out axially through the opening 56 at one end of the receiving tube 51. During this axial movement, the core is rotated relative to the molded part 51 in the direction of the spiral rib 52. It was found that a slightly conical design of the core with an extension in the direction of the removal opening 56 of the receiving tube 51 makes demolding the core much easier. The resulting conical extension of the interior 55 did not affect the function of the heating coil receiving tube during heating operation; the slight opening in the direction of flow of the fluid even increases the turbulence effect and the efficiency of the heating.

Als Turbulenzelemente können auch separat hergestellte Stromunterbrechungselemente in den Innenraum 55 durch die Öffnung 56 eingesteckt oder eingeschoben werden. So kann beispielsweise ein geeignetes Gitterwerk eingesteckt werden, das vorzugsweise einen dem Innenquerschnitt des Aufnahmerohrs 51 angepaßten gitterförmigen Mantel aufweist. Andererseits kann auch ein geeigneter Einschub zentral in den von den Heizwicklungswindungen umspannten Raum eingeschoben werden.Separately manufactured current interruption elements can also be inserted or pushed into the interior 55 through the opening 56 as turbulence elements. For example, a suitable latticework can be inserted, which preferably has a lattice-shaped casing adapted to the inner cross section of the receiving tube 51. On the other hand, a suitable insert can also be pushed centrally into the space spanned by the heating winding turns.

Die Heizwendel jedes Heizmoduls 5a wird in das Aufnahmerohr 51 eingesteckt, bevor die nach dem Spritzgießen offenen Stirnenden geschlossen werden. Die Stirnenden werden üblicherweise durch Abschlußkappen oder -platten gasdicht geschlossen, wobei die Kappen oder Platten mit dem Kunststoffrohr 51 verschweißt oder verklebt werden. Derartige Maßnahmen sind im Stande der Technik an sich bekannt, so daß sich eine nähere Erläuterung hier erübrigt.The heating coil of each heating module 5a is inserted into the receiving tube 51 before the front ends, which are open after injection molding, are closed. The front ends are usually closed gas-tight by end caps or plates, whereby the caps or plates are welded or glued to the plastic tube 51. Such measures are known per se in the state of the art, so that a more detailed explanation is unnecessary here.

In Gerätegehäuse kann die Heizstrecke, bestehend aus einer Batterie von beispielsweise drei Heizmodulen, in geeignete Griffschalen einer Unterform eingesetzt werden. Zusätzliche Griffschalen können bereits im Gehäuse vorbereitet sein, um zusätzliche Heizmodule zur Vergrößerung der Heizleistung in dem Gehäuse unterzubringen. Auch können die Schläuche 4 und 6 in geeigneten Ringkammern in einer Unterform eines in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuses eingebettet sein. In the device housing, the heating section, consisting of a battery of, for example, three heating modules, can be inserted into suitable handles of a lower mold. Additional handles can already be prepared in the housing in order to accommodate additional heating modules to increase the heating power in the housing. The hoses 4 and 6 can also be embedded in suitable ring chambers in a lower mold of a housing not shown in the drawing.

Zum axialen Halten der Heizwendeln 50a, 50b und 50c dienen Halteelemente 57, die durch geeignete Mittel am Aufnahmerohr ortsfest angebracht sind. Derartige Halteelemente 57 können beispielsweise die Wand des Aufnahmerohrs 51 durchsetzende, radial in Richtung der Rohrachse 58 vorspringende Zapfen sein. Diese Zapfen können nachträglich, d.h. nach der Befestigung der Heizwendel, von außen durch die Rohrwandung eingesetzt und abgedichtet werden. Andererseits kann das Aufnahmerohr aber auch aus mehreren axialen Abschnitten bestehen, die nach der Herstellung und Anbringung der Halteelemente 57 etwa in der Teilungsebene koaxial zusammengesetzt und abgedichtet werden.Holding elements 57, which are fixed to the receiving tube by suitable means, serve to axially hold the heating coils 50a, 50b and 50c. Such holding elements 57 can, for example, be pins that penetrate the wall of the receiving tube 51 and project radially in the direction of the tube axis 58. These pins can be subsequently inserted and sealed from the outside through the tube wall, i.e. after the heating coil has been attached. On the other hand, the receiving tube can also consist of several axial sections that are coaxially assembled and sealed approximately in the division plane after the holding elements 57 have been manufactured and attached.

Claims (15)

PATENTANWÄLTE ZENZ, HELBER, HOSBACH&'LÄUFER- D*-&5133 E£S£N · AM RUHRSTEIN 1PATENT ATTORNEYS ZENZ, HELBER, HOSBACH&'LÄUFER- D*-&5133 E£S£N · AM RUHRSTEIN 1 I··I·· • ·· K 218 GM Ansprüche K 218 GM claims !.Elektrischer Durchlauferhitzer mit einem Kaltwasser-Einlauf (1), einer Steuereinrichtung (3), einer ersten Isolationsstrecke (4), einer dieser nachgeschalteten Heizstrecke (5), einer zweiten Isolationsstrecke (6) und einem Warmwasser-Auslauf (7), wobei die Heizstrecke wenigstens einen rohrförmigen Heizmodul (5a, 5b, 5c) aufweist,!.Electric instantaneous water heater with a cold water inlet (1), a control device (3), a first insulation section (4), a heating section (5) connected downstream of this, a second insulation section (6) and a hot water outlet (7), wherein the heating section has at least one tubular heating module (5a, 5b, 5c), dadurch gekennzeichnet,characterized, daß die ersten und zweiten Isolationsstrecken (4, 6) als flexible Schläuche ausgebildet sind, die jeweils mit einem Anschlußstutzen (53, 54) eines Heizmoduls druckdicht gekuppelt sind.that the first and second insulation sections (4, 6) are designed as flexible hoses, which are each coupled in a pressure-tight manner to a connecting piece (53, 54) of a heating module. 2. Durchlauferhitzer nach Anspruch I1 dadurch2. Instantaneous water heater according to claim I 1 , characterized gekennzeichnet, daß die Länge der die beiden Isolationsstrecken (4, 6) bildenden flexiblen Schläuche so bemessen ist, daß sie auch für Fluide (Wasser) der höchstmöglichen Leitfähigkeit ausreichend ist.characterized in that the length of the flexible hoses forming the two insulation sections (4, 6) is dimensioned such that it is also sufficient for fluids (water) of the highest possible conductivity. 3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rohrförmige Heizmodule (5a, 5b, 5c) in Griffschalen einer Gehäuse-Unterform gehalten sind.3. Continuous-flow heater according to claim 1 or 2, characterized in that several tubular heating modules (5a, 5b, 5c) are held in handle shells of a housing base. 4. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Isolationsstrecke bildenden Kunststoff schläuche (4, 6) in Windungen in die Unterform eingesetzt und Mittel vorgesehen sind, um die Schläuche in ihren schlaufenförmigen Windungen knickfrei festzulegen.4. Continuous-flow heater according to claim 3, characterized in that the two plastic hoses (4, 6) forming the insulation section are inserted in turns into the lower mold and means are provided to fix the hoses in their loop-shaped turns without kinks. 5. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichent, daß die Steuereinrichtung (3) einem im5. Continuous-flow heater according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control device (3) is wesentlichen biegesteifen Leitungsabschnitt (2) zugeordnet ist, der zwischen Kaltwasser-Einlauf (1) und der ersten Isolationsstrecke (4) in den Fluid-Strömungsweg eingebunden ist. is assigned to a substantially rigid line section (2) which is integrated into the fluid flow path between the cold water inlet (1) and the first insulation section (4). 6. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizmodul ein in den Wasserweg eingebundenes gerades und rundes Rohr (51) zur Aufnahme eines Heizelements (50a, 50b, 50c) und von beiden Rohrenden seitlich abgehende Anschlußstutzen (53, 54) aufweist und6. Continuous-flow heater according to one of claims 1 to 5, characterized in that each heating module has a straight and round pipe (51) integrated into the water path for receiving a heating element (50a, 50b, 50c) and connecting pieces (53, 54) extending laterally from both pipe ends and daß an der Innenwand des Heizelement-Aufnahmerohrs (51) Turbulenzelemente (52) ausgebildet sind, welche axiale Strömungsfäden des den Heizmodul durchströmenden Wassers unterbrechen und in Drall- und Querströme umlenken.that turbulence elements (52) are formed on the inner wall of the heating element receiving tube (51), which interrupt axial flow threads of the water flowing through the heating module and divert them into swirling and cross flows. 7. Durchlauferhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine wendeiförmige Nut oder Rippe (52) nach Art eines Innengewindes in oder an der Innenwand des Heizelement-Aufnahmerohrs (51) derart ausgebildet ist, daß in dem das Rohr durchströmenden Wasser sowohl Drall- als auch Querströmungskomponenten erzwungen und Turbulenzen im Rohr-Innenraum (55) verstärkt hervorgerufen werden.7. Continuous-flow heater according to claim 6, characterized in that at least one helical groove or rib (52) in the manner of an internal thread is formed in or on the inner wall of the heating element receiving tube (51) in such a way that both swirl and cross-flow components are forced into the water flowing through the tube and turbulence in the tube interior (55) is increased. 8. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstrecke (5) mehrere Heizmodule (5a, 5b, 5c) aufweist, die über komplementär gestaltete Anschlußstutzen (53, 54) lösbar miteinander gekuppelt und in Reihe zwischen den beiden die Isolationsstrecken bildenden flexiblen Schläuchen angeordnet sind.8. Continuous-flow heater according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heating section (5) has several heating modules (5a, 5b, 5c) which are detachably coupled to one another via complementarily designed connecting pieces (53, 54) and are arranged in series between the two flexible hoses forming the insulation sections. 9. Durchlauferhitzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Heizmodul (5a) zugeordneten beiden Anschlußstutzen etwa radial und nach entgegengesetzten Seiten vom Aufnahmerohr (51) abgehende, komplementäre Einsteck- und Aufnahmeteile (53, 54) und/oder komplementäre Bajonettkupplungen sind.9. Instantaneous water heater according to claim 8, characterized in that the two connecting pieces associated with a heating module (5a) extending approximately radially and on opposite sides from the receiving tube (51) are complementary plug-in and receiving parts (53, 54) and/or complementary bayonet couplings. 10. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von der Innenwand des Heizelement-Aufnahmerohrs (51) vorspringende Haltemittel (57) zur Begrenzung einer axialen Auslenkbewegung der Heizwendel (50a) vorgesehen sind.10. Continuous-flow heater according to one of claims 1 to 9, characterized in that holding means (57) projecting from the inner wall of the heating element receiving tube (51) are provided for limiting an axial deflection movement of the heating coil (50a). 11. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizwendel (50a, 50b, 50c) Widerstandsdrähte mit metallisch blanker Oberfläche vorgesehen sind.11. Continuous-flow heater according to one of claims 1 to 10, characterized in that resistance wires with a shiny metallic surface are provided as heating coils (50a, 50b, 50c). 12. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizelement-Aufnahmerohr (51) und die beiden Anschlußstutzen (53, 54) als einstückiges Kunststoff-Spritzgußformteil ausgebildet sind und daß das Heizelement-Aufnahmerohr an beiden axialen Enden druckdicht verschlossen ist.12. Continuous-flow heater according to one of claims 1 to 11, characterized in that each heating element receiving tube (51) and the two connecting pieces (53, 54) are designed as a one-piece plastic injection-molded part and that the heating element receiving tube is closed pressure-tight at both axial ends. 13. Durchlauferhitzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Heizelement-Aufnahmerohrs (51) nach einem Rohreende (56) hin leicht konisch erweitert ist.13. Continuous-flow heater according to claim 12, characterized in that the inner diameter of the heating element receiving tube (51) is slightly conically widened towards a tube end (56). 14. Durchlauferhitzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel mehrere axial beabstandete, vorzugsweise umfangsversetzte Ansätze (57) sind.14. Instantaneous water heater according to claim 10, characterized in that the holding means are a plurality of axially spaced, preferably circumferentially offset projections (57). 15. Durchlauferhitzer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizwendel-Aufnahmerphr (51) aus mehreren axialen Rohrabschnitten besteht, die fluiddicht und fest miteinander verbunden sind, und daß die Haltemittel (57) den Verbindungsstellen der Rohrabschnitte benachbart angeordnet sind.15. Continuous-flow heater according to claim 14, characterized in that each heating coil receiving tube (51) consists of several axial tube sections which are fluid-tight and firmly connected to one another, and that the holding means (57) are arranged adjacent to the connection points of the tube sections.
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JP2018179461A (en) * 2017-04-20 2018-11-15 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 Heat exchanger

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