Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung mit einer Heizkartusche, wobei die Heizkartusche einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Innenraum zum Durchströmen von Wasser sowie ein elektrisches Außenanschlusselement aufweist, einem Wasserzulauf und einem Wasserablauf, die jeweils an der Heizkartusche angeordnet sind, einer Heizeinheit, die eine in dem Innenraum angeordnete Blankdrahtheizwendel aufweist, und einem Temperatursensor wobei die Heizeinheit ein elektrisches, zumindest im Wesentlichen gestrecktes, ablaufseitig zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Außenanschlusselement angeordnetes Verbindungselement aufweist, und wobei der Temperatursensor zur Messung der maximalen Wassertemperatur zu dem Verbindungselement berührungsfrei und im Bereich des Verbindungselements in den Innenraum der Heizkartusche ragend ausgestaltet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung mit einer Heizkartusche, wobei die Heizkartusche einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Innenraum zum Durchströmen von Wasser sowie ein elektrisches Außenanschlusselement aufweist, einem Wasserzulauf und einem Wasserablauf, die jeweils an der Heizkartusche angeordnet sind, einer Heizeinheit, die eine in dem Innenraum angeordnete Blankdrahtheizwendel aufweist, und einem Temperatursensor.

[0002] Solche Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein in die Heizkartusche einfließendes kaltes Wasser wird durch die Heizeinheit, und insbesondere durch die in dem Innenraum der Heizkartusche angeordnete Blankdrahtheizwendel erhitzt, so dass das Wasser durch den Wasserablauf aus der Heizkartusche beziehungsweise aus dem Blankdrahtdurchlauferhitzer - nunmehr erwärmt ― austreten kann. Die Blankdrahtheizwendel dient zur Erwärmung des Wassers, wobei elektrische Energie in thermische Energie gewandelt wird. Dazu wird die Blankdrahtheizwendel mittels eines durch sie fließenden elektrischen Stromes auf eine Temperatur oberhalb der Wassertemperatur erhitzt. Zur Messung der maximalen Wassertemperatur wird bei bekannten Durchlauferhitzern der Temperatursensor in oder an dem Wasserablauf oder einer mit dem Wasserablauf verbundenen Rohrleitung angeordnet. Bei bekannten Serienanordnungen von hintereinander gekoppelten Heizkartuschen wird der Temperatursensor hinter der letzten Heizkartusche angeordnet. Der Temperatursensor kann dazu in den Wasserablauf oder einer mit dem Wasserablauf verbundenen Rohrleitung hineinragen. Eine alternative Ausgestaltung des Temperatursensors sieht vor, dass dieser den Wasserablauf oder eine mit dem Wasserablauf verbundene Rohrleitung bügel- oder klammerförmig umfasst, um die Wassertemperatur mittels der erfassten Rohrleitungstemperatur zu bestimmen.

[0003] Die aus dem Stand der Technik bekannten Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung mit einem Temperatursensor weisen jedoch den Nachteil auf, dass eine entsprechende Temperaturmessung sehr fehlerbehaftet ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das durch die Blankdrahtheizwendel erwärmte Wasser zunächst aus der Heizkartusche heraus fließt, um die Wassertemperatur erst danach mittels eines Temperatursensors an dem Wasserablauf oder einer damit verbundenen Rohrleitung zu messen. Da die Heizkartusche als solches sowie auch der Wasserablauf oder eine damit verbundene Rohrleitung keine idealen Wärmeisolatoren sind, kühlt das Wasser zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Temperatursensor ab. Diese Abkühlung ist zudem stark von der Außentemperatur abhängig. Je kühler die Außentemperatur ist, desto stärker kühlt sich das Wasser auf dem Weg zum Temperatursensor ab. Die Temperatursensoren bekannter Blankdrahtdurchlauferhitzer messen also nicht die maximale Wassertemperatur, sondern die Temperatur des bereits auf dem Weg zum Temperatursensor abgekühlten Wassers.

[0004] Außerdem weisen bekannte Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung mit einem Temperatursensor den Nachteil auf, dass die Temperaturmessung sehr zeitverzögert erfolgt, denn zwischen der Erwärmung des Wassers und der Erfassung der Temperaturänderung dieses Wassers liegt eine nicht vernachlässigbare Zeitspanne. Diese Zeitspanne wird auch als Laufzeit oder Totzeit bezeichnet. Die Totzeit hängt beispielsweise von der Fließgeschwindigkeit des Wassers oder dem Querschnitt des Wasserablaufs oder einer damit verbundenen Rohrleitung ab.

[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung zu schaffen, der eine möglichst exakte und verzögerungsfreie Messung der maximalen Temperatur des den Innenraum der Heizkartusche durchströmenden Wassers gewährleistet.

[0006] Diese Aufgabe wird durch einen Blankdrahtdurchlauferhitzer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Heizeinheit ein elektrisches, zumindest im Wesentlichen gestrecktes, ablaufseitig zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Außenanschlusselement angeordnetes Verbindungselement aufweist, und dass der Temperatursensor zur Messung der maximalen Wassertemperatur zu dem Verbindungselement berührungsfrei und im Bereich des Verbindungselements in den Innenraum der Heizkartusche ragend ausgestaltet ist. Mit der Messung der maximalen Wassertemperatur ist vorzugsweise eine kontinuierliche Messung der jeweils aktuellen maximalen Wassertemperatur gemeint. Damit wird auf überraschend einfache und sichere Weise ein Blankdrahtdurchlauferhitzer zur Wassererwärmung mit einem Temperatursensor geschaffen, der eine exakte und verzögerungsfreie Messung der maximalen Temperatur des den Innenraum der Heizkartusche durchströmenden Wassers gewährleistet. Durch das Hineinragen des Temperatursensors in den Innenraum der Heizkartusche im Bereich des Verbindungselementes kann der Temperatursensor die Wassertemperatur direkt oder in unmittelbarer Nähe hinter der Heizwendel erfassen. Da das Wasser den zumindest im Wesentlichen zylindrischen Innenraum der Heizkartusche durchströmt, hat das Wasser, zumindest im Mittel, beim Verlassen der Heizwendel die maximale Temperatur. Da das Wasser sodann auf den Temperatursensor trifft, ist das Wasser nicht abgekühlt und die Wassertemperatur wird zeitlich unmittelbar nach dem Verlassen der Blankdrahtheizwendel erfasst.

[0007] Im Gegensatz zu den bekannten Durchlauferhitzern, bei denen die Temperatursensoren jeweils in den Wasserablauf hineinragen, ragt bei dem erfindungsgemäßen Blankdrahtdurchlauferhitzer der Temperatursensor in den Innenraum der Heizkartusche. Dabei ist der Temperatursensor zu dem Verbindungselement berührungsfrei ausgestaltet. Mit anderen Worten kann der Temperatursensor von dem Verbindungselement beabstandet sein. Diese Ausgestaltung dient dazu, dass der Temperatursensor zumindest im Wesentlichen nur die Wassertemperatur misst. Ist das Verbindungselement beispielsweise als ein Blankdraht oder als ein Element mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgestaltet, so ist es möglich, dass überschüssige Wärmeenergie der Blankdrahtheizwendel an das Verbindungselement übertragen wird. Da jedoch der Temperatursensor das Verbindungselement nicht berührt, wird verhindert, dass der Temperatursensor die Temperatur des Verbindungselements anstatt der Wassertemperatur misst. Eine Beeinflussung der Wassertemperaturmessung durch das Verbindungselement kann somit wirksam verhindert werden.

[0008] Außerdem ist das Verbindungselement ablaufseitig zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Außenanschlusselement angeordnet. Das den Innenraum durchströmende Wasser hat auf dem ablaufseitigen Ende der Blankdrahtheizwendel die höchste Temperatur. Somit umströmt das Wasser mit der höchsten Temperatur nach dem Verlassen der Blankdrahtheizwendel zunächst das ablaufseitig zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Außenanschlusselement angeordnete Verbindungselement. Da dieses Verbindungselement im Wesentlichen gestreckt ist, kann der Temperatursensor soweit in den Innenraum der Heizkartusche hineinragen, dass die maximale Wassertemperatur exakt messbar ist.

[0009] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Temperatursensor einen Temperatursensorkopf auf. Der Temperatursensorkopf kann das zur Temperaturmessung notwendige Sensorelement umfassen. In einer bevorzugten Weiterbildung ragt der Temperatursensorkopf so weit, vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Innenraums, in den Innenraum, dass das den Innenraum durchströmende Wasser den Temperatursensorkopf vollständig umströmt. Durch diese Ausbildung kann auf besonders einfache Weise sichergestellt werden, dass die Wassertemperaturmessung von möglichen Störeinflüssen im Wesentlichen unbeeinflusst ist. Eine Wassertemperaturmessung mittels dieser Ausbildung ist unabhängig von einer Außentemperatur der Heizkartusche oder des Blankdrahtdurchlauferhitzers, denn eine die Heizkartusche umgebende kühle Luft hat keinen Kontakt zum Sensorkopf.

[0010] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Blankdrahtdurchlauferhitzers zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrische Verbindungselement und/oder die Blankdrahtheizwendel im Innenraum der Heizkartusche in Querrichtung zumindest im Wesentlichen mittig angeordnet sind. Grundsätzlich durchströmt das Wasser den Innenraum in Längsrichtung. Die mittige Ausrichtung der Blankdrahtheizwendel beziehungsweise des Verbindungselements kann zu einer zur Heizkartusche berührungsfreien Anordnung dienen. Vorteilhafterweise dient das Verbindungselement auch zur Übertragung mechanischer Kräfte zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Außenanschlusselement. So kann die Blankdrahtheizwendel zwischen zwei sich gegenüber liegenden Außenanschlusselementen mittels jeweils einem Verbindungselement an jedem Ende der Blankdrahtheizwendel gespannt sein.

[0011] In einer zweckmäßigen Weiterbildung ragt der Temperatursensor, vorzugsweise quer zu der Längsrichtung des Innenraums, außermittig in den Innenraum der Heizkartusche. Außermittig kann bedeuten, dass der Temperatursensor exzentrisch in den Innenraum ragt. Außermittig kann aber auch bedeuten, dass der Temperatursensor soweit radial in den Innenraum der Heizkartusche ragt, dass dessen Temperaturquerkopf in Querrichtung beabstandet zu der Mitte angeordnet ist. Durch das außermittige Hineinragen des Temperatursensors in den Innenraum der Heizkartusche wird die Wassertemperaturmessung nicht von dem elektrischen Verbindungselement nachteilig beeinflusst. Somit ist auch diese Ausbildung dazu geeignet, eine exakte Messung der maximalen Temperatur des den Innenraum der Heizkartusche durchströmenden Wassers zu gewährleisten.

[0012] In einer zweckmäßigen alternativen Ausgestaltung ist das elektrische Verbindungselement im Innenraum der Heizkartusche in Querrichtung zumindest im Wesentlichen außermittig angeordnet. Somit ist es möglich, dass der Temperatursensor, vorzugsweise quer zu der Längsrichtung des Innenraums, mittig in den Innenraum der Heizkartusche ragt. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders vorteilhaft zu einer von externen Einflüssen entkoppelten Temperaturmessung. Denn in Querrichtung mittig im Innenraum der Heizkartusche treten die geringsten äußeren Störeinflüsse auf. Dies betrifft insbesondere einen radial wirkenden Abkühlungsprozess.

[0013] Eine zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildung des Blankdrahtdurchlauferhitzers zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbindungselement eine zu einer, insbesondere mantelseitigen, Außenkontur des Temperatursensorkopfes korrespondierende und von dem Temperatursensor weg gerichtete Krümmung aufweist. Mit anderen Worten kann das im Wesentlichen gestreckte Verbindungselement eine Ausbeulung aufweisen, die der Außenkontur des Temperatursensorkopfes entspricht. Außerdem kann das Verbindungselement zwischen der Blankdrahtheizwendel und dem Außenanschlusselement derart angeordnet sein, dass der Temperatursensorkopf zumindest teilweise in die Ausbeulung des Verbindungselements hineinragt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ragt der Temperatursensor bis zu einem Querschnittsflächenmittelpunkt der Heizkartusche oder darüber hinaus in den Innenraum der Heizkartusche. Somit kann auf besonders einfache und sichere Weise der Temperatursensor beziehungsweise der Temperatursensorkopf von dem den Innenraum der Heizkartusche durchströmenden Wasser umströmt werden.

[0014] Für eine kompakte Ausgestaltung des Blankdrahtdurchlauferhitzers kann der Querschnitt der Blankdrahtheizwendel an den Querschnitt des Innenraums der Heizkartusche angepasst sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Blankdrahtdurchlauferhitzer in der Art ausgestaltet und eingerichtet, dass der maximale radiale Abstand zwischen einer mantelseitigen Innenfläche der Heizkartusche und einer entsprechenden mantelseitigen Außenkontur der Blankdrahtheizwendel kleiner als eine Länge des wirksamen Temperatursensorkopfes, insbesondere dessen Radius, ist. Dabei ist der Teil des Temperatursensorkopfes wirksam, der mit entsprechenden Temperaturmesselementen ausgestattet ist. Durch diese Ausgestaltung kann eine besonders großflächige mantelseitige Außenkontur und eine besonders großflächige mantelseitige Innenkontur der Blankdrahtheizwendel erreicht werden. Aufgrund der großen Mantelflächen ist auch der Kontakt der Blankdrahtheizwendel zu dem durchströmenden Wasser besonders groß, so dass der Blankdrahtdurchlauferhitzer besonders kompakt ausgestaltet sein kann.

[0015] In einer bevorzugten Ausbildung ist der Temperatursensor zur Regelung der wasserablaufseitigen Wassertemperatur mit einer Temperaturregeleinheit verbunden. Mittels der Regelung können auch die Fließgeschwindigkeit des Wassers und/oder ein elektrischer Strom durch die Blankdrahtheizwendel steuerbar sein.

[0016] Weitere vorteilhafte und/oder zweckmäßige Merkmale und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

eine Draufsicht des Blankdrahtdurchlauferhitzers zur Wassererwärmung mit einer Heizkartusche,

Fig. 2

eine Schnittdarstellung durch die Heizkartusche in einem Schnitt entlang einer Horizontalebene,

Fig. 3

eine weitere Schnittdarstellung durch die Heizkartusche und den Sensor in einem Schnitt entlang einer Vertikalebene.

[0017] In Fig. 1 ist ein Blankdrahtdurchlauferhitzer 2 zur Wassererwärmung mit einer Heizkartusche 4 dargestellt. Bei dem gezeigten Blankdrahtdurchlauferhitzer 2 handelt es sich um einen beispielhaften Aufbau, bei dem die Heizkartusche 4 in einen Grundkörper 1 des Durchlauferhitzers 2 integriert oder als Aufsatz am Grundkörper 1 angeordnet sein kann. Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsmöglichkeiten sind ebenfalls denkbar.

[0018] Die Schnittdarstellung aus Fig. 2 zeigt weitere Details des Blankdrahtdurchlauferhitzers 2. Zur Wassererwärmung weist der Blankdrahtdurchlauferhitzer 2 eine Heizkartusche 4, einen Wasserzulauf 6, einen Wasserablauf 8, ein Heizelement 10 und einen Temperatursensor 12 auf. Der Wasserzulauf 6 und der Wasserablauf 8 sind jeweils an der Heizkartusche 4 angeordnet, sind von dieser jedoch nicht umfasst. Außerdem weist die Heizkartusche 4 einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 14 zum Durchströmen von Wasser auf. Das Wasser kann also durch den Wasserzulauf 6 in den Innenraum der Heizkartusche 4 und aus diesem durch den Wasserablauf 8 strömen. Außerdem weist die Heizkartusche 4 zumindest ein elektrisches Außenanschlusselement 16 auf. Dieses mindestens eine Außenanschlusselement 16 kann auch in den Innenraum 14 der Heizkartusche 4 ragen. Das Heizelement 10 weist eine in dem Innenraum 14 angeordnete Blankdrahtheizwendel 18 auf. Des Weiteren weist die Heizeinheit 10 ein zumindest im Wesentlichen gestrecktes, ablaufseitig angeordnetes, elektrisches Verbindungselement 20 zwischen der Blankdrahtheizwendel 18 und dem Außenanschlusselement 16 auf. Mit anderen Worten kann das Verbindungselement 20 zum elektrischen Verbinden der Blankdrahtheizwendel 18 mit dem elektrischen Außenanschlusselement 16 im Innenraum 14 in unmittelbarer Nähe zum Wasserablauf 8 angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Außenanschlusselement 16 eine Wandung zum Innenraum 14 der Heizkartusche 4 soweit durchbrechen, dass das Verbindungselement 20 ausschließlich im Innenraum 14 angeordnet ist.

[0019] Aus dem Wasserzulauf 6 kommendes Wasser durchströmt zunächst die

[0020] Blankdrahtheizwendel 18 und trifft danach auf das Verbindungselement 20, um danach durch den Wasserablauf 8 abzufließen. Zur Messung der maximalen Wassertemperatur ist der Temperatursensor 12 zu dem Verbindungselement 20 berührungsfrei und im Bereich des Verbindungselements 20 in den Innenraum 14 der Heizkartusche 4 ragend ausgestaltet. Nachdem das Wasser die Blankdrahtheizwendel 18 durchströmt hat, weist es die maximale Temperatur auf. Bevor das Wasser durch den Wasserablauf 8 aus der Heizkartusche 4 austritt, kann es in vorteilhafter Weise den Temperatursensor 12 umströmen, so dass dieser zumindest im Wesentlichen exakt und verzögerungsfrei die maximale Temperatur des den Innenraum 14 der Heizkartusche 4 durchströmenden Wassers messen kann.

[0021] Zur besonders exakten Messung kann der Temperatursensor 12 einen Temperatursensorkopf 22 aufweisen, der so weit, vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Innenraums 14, in den Innenraum 14 ragt, dass das den Innenraum 14 durchströmende Wasser den Temperatursensorkopf 22 vorzugsweise vollständig umströmt. Um die Messung der Wassertemperatur von thermischen Störeinflüssen durch das Verbindungselement 20 zu entkoppeln, ist es von Vorteil, wenn der Temperatursensor 12 und das Verbindungselement 20 berührungsfrei voneinander beabstandet sind. In Fig. 3 ist eine solche Ausgestaltungsvariante dargestellt.

[0022] Fig. 3 zeigt die Heizkartusche 4, die Blankdrahtheizwendel 18, das Verbindungselement 20 sowie den Temperatursensor 12. In vorteilhafter Weise kann der Temperatursensor 12, vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Innenraums 14, außermittig in den Innenraum 14 der Heizkartusche 4 ragen. Wie in Fig. 3 dargestellt, ragt der Temperatursensor 12 exzentrisch in den Innenraum 14.

Ansprüche

1. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) zur Wassererwärmung mit einer Heizkartusche (4), wobei die Heizkartusche (4) einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Innenraum (14) zum Durchströmen von Wasser sowie ein elektrisches Außenanschlusselement (16) aufweist, einem Wasserzulauf (6) und einem Wasserablauf (8), die jeweils an der Heizkartusche (4) angeordnet sind, einer Heizeinheit, die eine in dem Innenraum (14) angeordnete Blankdrahtheizwendel (18) aufweist, und einem Temperatursensor (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit ein elektrisches, zumindest im Wesentlichen gestrecktes, ablaufseitig zwischen der Blankdrahtheizwendel (18) und dem Außenanschlusselement (16) angeordnetes Verbindungselement (20) aufweist, und dass der Temperatursensor (12) zur Messung der maximalen Wassertemperatur zu dem Verbindungselement (20) berührungsfrei und im Bereich des Verbindungselements (20) in den Innenraum der Heizkartusche ragend ausgestaltet ist.

2. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (12) einen Temperatursensorkopf (22) aufweist, der soweit, vorzugsweise quer zu einer Längsrichtung des Innenraums (14), in den Innenraum (14) ragt, dass das den Innenraum (14) durchströmende Wasser den Temperatursensorkopf (22) vollständig umströmt.

3. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verbindungselement (20) im Innenraum (14) der Heizkartusche (4) in Querrichtung zumindest im Wesentlichen mittig angeordnet ist.

4. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (12), vorzugsweise quer zu der Längsrichtung des Innenraums (14), außermittig in den Innenraum (14) der Heizkartusche (4) ragt.

5. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verbindungselement (20) im Innenraum (14) der Heizkartusche (4) in Querrichtung zumindest im Wesentlichen außermittig angeordnet ist.

6. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (12), vorzugsweise quer zu der Längsrichtung des Innenraums (14), mittig in den Innenraum (14) der Heizkartusche (4) ragt.

7. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (20) eine zu einer mantelseitigen Außenkontur des Temperatursensorkopfs (22) korrespondierende und von dem Temperatursensor (12) weg gerichtete Krümmung aufweist, und dass der Temperatursensor (12) bis zu einem Querschnittsflächenmittelpunkt der Heizkartusche (4) oder darüber hinaus in den Innenraum (14) ragt.

8. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) derart ausgestaltet und eingerichtet ist, dass der maximale radiale Abstand zwischen einer mantelseitige Innenfläche der Heizkartusche (4) und einer entsprechenden mantelseitigen Außenkontur der Blankdrahtheizwendel (18) kleiner als eine Länge des wirksamen Temperatursensorkopfes (22) , insbesondere dessen Radius, ist.

9. Blankdrahtdurchlauferhitzer (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der wasserablaufseitigen Wassertemperatur der Temperatursensor (12) mit einer Temperaturregelungseinheit verbunden ist.

Zeichnung