DE9400205U1 - Electric instantaneous water heater - Google Patents
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Description
GEBRAUCHSMUSTER -ANMELDUNGUTILITY MODEL REGISTRATION
Kennwort: Elektrischer Durchlauferhitzer Keyword: Electric instantaneous water heater
Elektrischer Durchlauferhitzer zum Erhitzen flüssiger Medien, bestehend aus einem Durchflußrohr aus einem rostbeständigen Material, vorzugsweise CrNi-Stahl, in einer gut wärmeleitenden Ummantelung eingeschlossen und einem parallel dazu verlaufenden Rohrheizkörper aus Aluminium, welcher durch Lötung mit der gut wärmeleitenden Ummantelung verbunden ist.Electric instantaneous water heater for heating liquid media, consisting of a flow pipe made of a rust-resistant material, preferably CrNi steel, enclosed in a heat-conducting sheath and a tubular heating element made of aluminum running parallel to it, which is connected to the heat-conducting sheath by soldering.
Bei einem bekannten elektrischen Durchlauferhitzer zum Erhitzen flüssiger Medien (G 87 15 900.7) ist das Wasserführungsrohr aus nicht rostendem Stahl in ein einstückig, im Strangpreßverfahren hergestelltes Doppelrohr aus Aluminium eingeschoben, wobei der Mantel des anderen Rohres des Doppelrohres der Mantel des Rohrheizkörpers ist. Dieser bekannte elektrische Durchlauferhitzer wird an der Unterseite einer Dekorplatte angelegt, welcher als Warmhalteplatte für das darauf abgestellte Gefäß mit dem Aufgußgetränk dient. Diese Art von Durchlauferhitzer ist durch die Verwendung des Strangpreßprofils sehr teuer in der Herstellung und weist bei der Übertragung der Wärme vom Rohrheizkörper zum Verdampferrohr erhebliche Mängel auf, die durch Undefinierte Hohlraumbildungen zwischen dem Edelstahlrohr und dem Strangpreßprofil beim Verbiegen auftreten.In a known electric instantaneous water heater for heating liquid media (G 87 15 900.7), the water pipe made of stainless steel is inserted into a one-piece aluminum double pipe made using an extrusion process, with the casing of the other pipe of the double pipe being the casing of the tubular heating element. This known electric instantaneous water heater is placed on the underside of a decorative plate, which serves as a warming plate for the vessel with the infusion drink placed on it. This type of instantaneous water heater is very expensive to manufacture due to the use of the extruded profile and has significant defects in the transfer of heat from the tubular heating element to the evaporator pipe, which occur due to undefined cavities forming between the stainless steel pipe and the extruded profile when it is bent.
Aus der EP O 106 914 A1 ist ein elektrischer Durchlauferhitzer für Kaffeemaschinen bekannt geworden, bei dem ein hufeisenförmig gebogener Rohrheizkörper mit einem seitlich an demselben angeordneten Wasserdurchlaufrohr so an ein Montagebuch angeordnet ist, daß der Rohrheizkörper und das Wasserrohr zwischen der Dekorplatte und dem Montageblech liegen. Für den Rohrheizkörper, das Wasserrohr und das Montageblech ist ein aluminiumbeschichteter Stahl verwendet. Bei dieser Ausgestaltung des elektrischen Durchlauferhitzers ist eine optimale Wärmeleitung, d.h. die Übertragung der idealen Werte bei der Benutzung des Durchlauferhitzers zur Aufbereitung von Brühgetränken, vom Rohrheizkörper zum Wasserrohr noch nicht erreicht. Der Grund hierfür ist, daß bei dieser Art von elektrischen Durchlauferhitzern durch die Verwendung von Materialien mit gleichen Wärmeleitwerten, der Wärmefluß vom Rohrheizkörper zum Verdampferrohr und zur Warmhalteplatte gleich groß ist, d.h. der differenzierte Wärmefluß, wie er bei der Verwendung von unterschiedlichen Materialien vorhanden ist, z.B. vom Aluminium-Rohrheizkörper zum Wasserrohr aus einem Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise CrNi-Stahl, möglich ist, ist bei den bekannten Durchlauferhitzern aus Aluminium nicht möglich.An electric instantaneous water heater for coffee machines is known from EP O 106 914 A1, in which a horseshoe-shaped tubular heating element with a water flow pipe arranged on the side of the same is arranged on an assembly book in such a way that the tubular heating element and the water pipe lie between the decorative plate and the mounting plate. An aluminum-coated steel is used for the tubular heating element, the water pipe and the mounting plate. With this design of the electric instantaneous water heater, optimal heat conduction, i.e. the transfer of the ideal values when using the instantaneous water heater to prepare brewed beverages, from the tubular heating element to the water pipe has not yet been achieved. The reason for this is that with this type of electric instantaneous water heater, the use of materials with the same thermal conductivity means that the heat flow from the tubular heater to the evaporator tube and to the hotplate is the same, i.e. the differentiated heat flow that is possible when using different materials, e.g. from the aluminum tubular heater to the water pipe made of a material with lower thermal conductivity, preferably CrNi steel, is not possible with the known instantaneous water heaters made of aluminum.
Durch die relativ geringe Länge des Rohrheizkörpers und die bei Durchlauferhitzern dieser Gattung notwendigen installierten Leistung ergibt sich eine spezifisch hohe und punktuelle Leistung, die zur unnötigen und nichtgewollten Dampfbildung führt, die wiederum ein "Schnorcheln" am Auslaufende hervorruft und demzufolge auch gleichzeitig eine zusätzliche Energiezufuhr für die Dampferhitzung bedeutet.The relatively short length of the tubular heating element and the installed power required for instantaneous water heaters of this type result in a specifically high and punctual power, which leads to unnecessary and undesirable steam formation, which in turn causes "snorkeling" at the outlet and therefore also means an additional energy supply for steam heating.
In dem DEGbm G 87 04 927.9 ist eine Kombination beschrieben, bei der das Wasserrohr aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit erheblich schlechter als diejenige einer Aluminiumlegierung ist und die Montageplatte die Wärmeleitung mindestens von Aluminium besitzt und der Aluminium-Rohrheizkörper zwischen der Montageplatte, die den unteren Teil des Wasserrohres umgreift. Bei dieser Ausgestaltung eines Durchlauferhitzers und der Verwendung eines relativ schlecht wärmeleitenden CrNi-Stahles für das Wasserdurchlaufrohr wird die Aufnahme von weniger Wärme durch den Mantel des Wasserdurchlaufrohres, die unnötige und somit energieverschwendende Erhitzung eines Dampfraumes imIn DEGbm G 87 04 927.9 a combination is described in which the water pipe is made of a material whose thermal conductivity is considerably worse than that of an aluminum alloy and the mounting plate has the thermal conductivity of at least aluminum and the aluminum tubular heater between the mounting plate, which surrounds the lower part of the water pipe. With this design of a flow heater and the use of a relatively poorly heat-conducting CrNi steel for the water flow pipe, the absorption of less heat by the jacket of the water flow pipe, the unnecessary and thus energy-wasting heating of a steam space in the
Wasserrohr vermieden. Ein Nachteil dabei ist jedoch, daß die Enden der vorhandenen Montageplatte lediglich den unteren Teil des Wasserrohres umgreifen, und somit eine unterschiedliche Aufheizung der im Wasserrohr vorhandenen Wassersäule gegeben ist. Es ist weiterhin aus fertigungstechnischen Gründen auch nicht möglich, eine einstückige Montageplatte mit einem hufeisenförmigen Rohrheizkörper und parallel dazu vorhandenem Wasserrohr so auszugestalten, daß mit den Rändern eine umfassende Umgreifung des Wasserrohres ausgeführt werden kann.Water pipe is avoided. However, a disadvantage is that the ends of the existing mounting plate only encompass the lower part of the water pipe, and thus the water column in the water pipe is heated to different degrees. Furthermore, for manufacturing reasons, it is not possible to design a one-piece mounting plate with a horseshoe-shaped tubular heating element and a water pipe running parallel to it in such a way that the edges can completely encompass the water pipe.
Die für einen Durchlauferhitzer optimalste Ausgestaltung im Hinblick auf die Wärmeübertragung und des damit verbundenen Aufheizens der im Durchlaufrohr vorhandenen Wassersäule istThe most optimal design for a flow heater with regard to heat transfer and the associated heating of the water column in the flow pipe is
a) die ganzheitliche Umfassung des Wasserdurchlaufrohres aus einem rostbeständigen Material, vorzugsweise CrNi-Stahlrohr, durch eine gut wärmeleitende Ummantelung aus Aluminium bzw. Stahl, mit dem parallel dazu verlaufenden Rohrheizkörper aus Aluminium, unda) the complete enclosure of the water flow pipe made of a rust-resistant material, preferably CrNi steel pipe, by a good heat-conducting sheath made of aluminium or steel, with the tubular heating element made of aluminium running parallel to it, and
b) die vollflächige, homogene und gut wärmeleitende Verbindung der ganzen Einheit (Wasserdurchlaufrohr, Ummantelung aus Aluminium oder Stahl und Aluminium-Rohrheizkörper) untereinander.b) the full-surface, homogeneous and good heat-conducting connection of the entire unit (water flow pipe, aluminum or steel casing and aluminum tubular heating element) to each other.
Diese Bedingungen können bei den bekannten elektrischen Durchlauferhitzern der in der Gattung genannten Art nicht erfüllt werden.These conditions cannot be met by the known electric instantaneous water heaters of the type mentioned in the genus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, bei dem der Wärmeübergang auf die im Wasserrohr aus Edelstahl stehenden Wassersäule optimiert wird, wodurch der Energieverbrauch gegenüber den bekannten Durchlauferhitzern sich reduziert und ein kontinuierlicher Durchlauf des zu erhitzenden Wassers zu erreichen ist. Zweck der Erfindung ist es weiterhin, die Vorteile des neugeschaffenen Durchlauferhitzers in einfacher Weise aus preiswerten und im Handel üblichen Materialien herzustellen.The invention is based on the object of creating a continuous flow heater of the type mentioned in the preamble of claim 1, in which the heat transfer to the water column in the stainless steel water pipe is optimized, whereby the energy consumption is reduced compared to the known continuous flow heaters and a continuous flow of the water to be heated can be achieved. The purpose of the invention is also to produce the advantages of the newly created continuous flow heater in a simple manner from inexpensive and commercially available materials.
Die gestellte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschriebenen Ausbildung und angegebenen Maßnahmen gelöst.The stated problem is solved by the design and measures described in the characterizing part of claim 1.
Die zweckmäßige Ausbildung und Herstellung des Erfindungsgegenstandes wird in den folgenden Zeichnungen näher dargestellt und nachfolgend erläutert und beschrieben.The expedient design and manufacture of the subject matter of the invention is shown in more detail in the following drawings and is explained and described below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den ersten VerformungsFig. 1 a cross section through the first deformation
schritt des Blechstreifens zur Aufnahme des
Wasserführungsrohres;step of the sheet metal strip to accommodate the
water pipe;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den zweiten VerformungsFig. 2 a cross section through the second deformation
schritt des Blechstreifens zur Aufnahme des
Wasserführungsrohres;step of the sheet metal strip to accommodate the
water pipe;
Fig. 3 einen Querschnitt durch den dritten VerformungsFig. 3 a cross section through the third deformation
schritt des Blechstreifens zur Aufnahme des
Wasserführungsrohres;step of the sheet metal strip to accommodate the
water pipe;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Durchlauferhitzer;Fig. 4 is a plan view of the instantaneous water heater;
Fig. 5 einen Querschnitt A-A gemäß Fig. 4.Fig. 5 shows a cross section A-A according to Fig. 4.
In der Fig. 1 ist der erste Verformungsschritt des ursprünglich geraden Blechstreifens (1) in einem halbrund ausgeformten Werkzeug (2) dargestellt. Der U-förmig geformte, relativ dünne Blechstreifen (3) ist auf der Innenseite (4) mit einer Lotauflage (5) [Lotplattierung] versehen.Fig. 1 shows the first deformation step of the originally straight sheet metal strip (1) in a semi-circular tool (2). The U-shaped, relatively thin sheet metal strip (3) is provided with a solder layer (5) [solder plating] on the inside (4).
In der Fig. 2 wird das Wasserdurchlaufrohr (6) aus einem rostbeständigen Material, vorzugsweise CrNi-Stahl, in den U-förmig geformten Blechstreifen eingelegt.In Fig. 2, the water flow pipe (6) made of a rust-resistant material, preferably CrNi steel, is inserted into the U-shaped sheet metal strip.
Fig. 3 - durch ein zweites Werkzeugteil (7) mit einer halbrunden Ausnehmung (8) werden die Enden (9) des U-förmig geformten Blechstreifens (3) im Scheitelpunkt (10) des Wasserdurchlaufrohres (6) geschlossen, so daß eine vollkommene Umhüllung (11) des Wasserdurchlaufrohres (6) vorhanden ist. Das Wasserdurchlaufrohr (6) wird mit der Umhüllung (11) in gestreckter Länge aus den Werkzeugformen (2 und 7) entnommen und gemäß der Fig. 4 parallel zu dem hufeisenförmig gebogenen Rohrheizkörper (12) aus Aluminium verformt. Durch diese Kaltverformung des Wasserdurchlaufrohres (6) mit der Umhüllung (11) treten, da keine kraftschlüssige Verbindung vorhanden ist, auch keine Verformungen auf, die durch Zug- oder Druckspannungen hervorgerufen werden. Der Längen- und Spannungsausgleich vollzieht sich in der Verschiebung der sich gegenüberliegenden Enden (9). Durch den vorhandenen Lotauftrag (5) auf der Innenseite (4) der Umhüllung (11) ist bei dem abschließenden Lötvorgang eine gut wärmeleitende und flächige Verbindung zwischen dem Wasserdurchlaufrohr (6) und der Umhüllung (11) gegeben. Durch diese flächige und gut wärmeleitende Verbindung ist ein optimaler Wärmefluß vom Rohrheizkörper (12) zum Verdampferrohr (6) aus nicht rostendem Stahl, vorzugsweise CrNi-Stahl, über die Umhüllung (11) gewährleistet. Vorteilhafterweise werden beim og. Lötvorgang gleichzeitig der parallel dazu angeordnete Rohrheizkörper (12) aus Aluminium sowie die den Rohrheizkörper (12) und die Umhüllung (11) umgreifende wärmeleitende Trägerbrücke (13) verlötet. An der Trägerfahne (15) ist eine Bohrung (14) zur Aufnahme von nicht dargestellten Temperaturregelorganen vorgesehen. Die angeformten Laschen (16) dienen zur Halterung von weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Temperaturbegrenzungsorganen. Fig. 3 - by means of a second tool part (7) with a semicircular recess (8), the ends (9) of the U-shaped sheet metal strip (3) are closed at the apex (10) of the water flow pipe (6), so that a complete covering (11) of the water flow pipe (6) is present. The water flow pipe (6) is removed from the tool molds (2 and 7) with the covering (11) in an extended length and deformed parallel to the horseshoe-shaped tubular heating element (12) made of aluminum as shown in Fig. 4. As a result of this cold deformation of the water flow pipe (6) with the covering (11), no deformations caused by tensile or compressive stresses occur, since there is no force-fit connection. The length and stress compensation takes place in the displacement of the opposite ends (9). The existing solder coating (5) on the inside (4) of the casing (11) provides a good heat-conducting and flat connection between the water flow pipe (6) and the casing (11) during the final soldering process. This flat and good heat-conducting connection ensures optimal heat flow from the tubular heating element (12) to the evaporator pipe (6) made of stainless steel, preferably CrNi steel, via the casing (11). Advantageously, the tubular heating element (12) made of aluminum arranged parallel to it and the heat-conducting support bridge (13) enclosing the tubular heating element (12) and the casing (11) are soldered at the same time during the above-mentioned soldering process. A hole (14) is provided on the support lug (15) for receiving temperature control elements (not shown). The molded-on tabs (16) serve to hold additional temperature limiting elements not shown in the drawing.
Die in der Fig. 4 dargestellte Trägerbrücke (13) kann wahlweise an jeder Stelle des Umfangs des Verdampfer-Heizelementes (17) in einfacher, oder wie in der Figur dargestellt, mit einer weiteren Trägerbrücke (18) versehen werden.The support bridge (13) shown in Fig. 4 can optionally be provided at any point on the circumference of the evaporator heating element (17) in a single support bridge or, as shown in the figure, with a further support bridge (18).
In der Fig. 5 ist ein Querschnitt gemäß A-A durch das Verdampfer-Heizelement (17) dargestellt. Der Rohrheizkörper (12) aus Aluminium mit dem elektrischen Heizleiter (19), welcher in gut wärmeleitendem und elektrisch isolierendem MgO (20) eingebettet ist, ist durch die Lötstelle (21) mit der Ummantelung (11) mechanisch und gut wärmeleitend ver- Fig. 5 shows a cross section according to AA through the evaporator heating element (17). The tubular heating element (12) made of aluminum with the electrical heating conductor (19), which is embedded in good heat-conducting and electrically insulating MgO (20), is mechanically and heat-conductingly connected to the casing (11) by the soldering point (21).
bunden. Auf der abgeflachten Seite (22) des Rohrheizkörpers (12) ist die Warmhalteplatte (23) aufgelegt und über eine nicht dargestellte Vorrichtung im Zentrum der Platte befestigt. Die Warmhalteplatte (23) dient zum Abstellen und zum Warmhalten des in der Zeichnung nicht dargestellten Brühgetränkes. Durch die vorhandene einseitige Lotplattierung (5) auf der Innenseite (4) der Umhüllung (11) wird beim einmaligen Lötvorgang eine flächige und gut wärmeleitende Verbindung mit dem Durchflußrohr (6) hergestellt. Die Trägerbrücke (13) umgreift die Umhüllung (11) und wird ebenfalls gleichzeitig mit dem einmaligen Lötvorgang innig mit diesen Teilen verbunden. Die nach innen zum Mittelpunkt des Durchlauferhitzers gerichtete Trägerfahne (15) weist einen Abstand (24) zum Rohrheizkörper (12) auf, wodurch die in der Heizspirale (19) vorhandene Wärmeenergie nach dem Durchlauf der Wassersäule (25) im Innern des Verdampferrohres (6) vordergründig in die Warmhalteplatte (23) abgeführt wird, bevor das nicht dargestellte und in der Bohrung (14) befestigte Regelorgan mit hoher Temperatur beaufschlagt wird und abschaltet. Die Einhaltung eines Abstandes (24) zwischen der Umhüllung (11) mit dem Verdampferrohr (6) und der Warmhalteplatte (23) ist bei den gattungsgemäßen Durchlauferhitzern bekannt und bewirkt, daß keine Wärme nach dem Ablauf des Brühvorganges der Warmhalteplatte (23) entzogen wird, und somit der auf der Warmhalteplatte (23) nicht dargestellten Getränkekanne die zur Warmhaltung des Brühgetränkes notwendige Wärme zur Verfügung steht.connected. The warming plate (23) is placed on the flat side (22) of the tubular heating element (12) and is attached to the center of the plate using a device not shown. The warming plate (23) is used to place and keep the brewed beverage (not shown in the drawing) warm. The one-sided solder plating (5) on the inside (4) of the casing (11) creates a flat and heat-conducting connection with the flow pipe (6) during the one-time soldering process. The support bridge (13) surrounds the casing (11) and is also intimately connected to these parts at the same time as the one-time soldering process. The support flag (15) directed inwards towards the centre of the flow heater is at a distance (24) from the tubular heating element (12), whereby the heat energy present in the heating coil (19) is primarily dissipated into the hotplate (23) after the water column (25) has passed through the interior of the evaporator tube (6), before the control element (not shown) attached to the bore (14) is exposed to a high temperature and switches off. Maintaining a distance (24) between the casing (11) with the evaporator tube (6) and the hotplate (23) is known in the flow heaters of this type and ensures that no heat is removed from the hotplate (23) after the brewing process has ended, and thus the beverage jug (not shown) on the hotplate (23) has the heat necessary to keep the brewed beverage warm.
Da das Verdampferrohr (6) aus einem schlecht wärmeleitenden Material, wie z.B. CrNi-Stahl, besteht, fließt die von der Heizspirale (19) des Rohrheizkörpers (12) abgegebene Wärme aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Materials der Umhüllung (11) mit Verzögerung, jedoch in gleichmäßiger und optimaler Form zur aufzuheizenden Wassersäule (25). Die Folge daraus ist ein kontinuierlicher Ablauf des Erhitzungsvorganges, so daß die lästige und bekannte schubweise Erhitzung und mit sog. "schnorchelnden Geräuschen" begleitender Betriebsablauf einer Kaffeemaschine nicht mehr auftritt.Since the evaporator tube (6) is made of a material that conducts heat poorly, such as CrNi steel, the heat given off by the heating coil (19) of the tubular heater (12) flows with a delay, but in a uniform and optimal manner, to the water column (25) to be heated due to the good thermal conductivity of the casing material (11). The result of this is a continuous heating process, so that the annoying and familiar spurts of heating and the so-called "snorkeling noises" that accompany the operation of a coffee machine no longer occur.
Durch diese gleichmäßige Übertragung der Wärme auf die Wassersäule wird der Energieverbrauch weit günstiger als bei den bekannten Durchlauferhitzern. Due to this even transfer of heat to the water column, energy consumption is much more economical than with conventional instantaneous water heaters.
Claims (4)
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