Für das Erhitzen von Flüssigkeiten im Durchlaufbetrieb sind schon viele verschiedene Vorschläge gemacht worden. Nach der DE 1 335 456 U sind ein Rohrheizkörper mit einem elektrischen Heizleiter und ein Metallrohr für Wasser je in Schraubenform mit mehreren zueinander in kleinem Abstand verlaufenden Windungen geführt und in einen Metallkörper eingegossen. Die DE 690 17 041 T2 beschreibt eine Kaffeemaschine mit einer Heizvorrichtung mit elektrischem Widerstand und Rohrschlange in einem Metallblock. Die Wärmeverluste des Metallkörpers sind relativ gross und die grosse Masse des Metallkörpers macht den Heizkörper träge, so dass ein Aufheizen des durch das Metallrohr fliessenden Wassers in kurzer Zeit nicht möglich ist, wenn der Metallkörper nicht bereits auf einer hohen Temperatur ist.

Nach der DE 198 29 681 C1 sind ein Heizwendel und Kapillarrohrwendel radial im gleichen Abstand zu einer Achse nebeneinander verlaufend durch Umgiessen in einem hülsenförmigen Messingkörper angeordnet. Die zu heizende Flüssigkeit fliesst durch ein Kapillarrohr was natürlich keine grossen Durchlaufmengen erlaubt. Zudem verläuft die Heizwendel direkt bei der Aussenfläche des Messingkörpers, was zu einem beachtlichen Wärmeverlust führt. Das Anordnen des Kapillarrohrs und der Heizwendel im Messingkörper ist mit einem grossen Herstellungsaufwand verbunden.

Im Falle der DE-103 22 034 ist ein Flächenheizkörper an der Aussenseite eines Rohres angebracht. Ein Innenrohr dient als Träger für schraubenlinienförmige Rippen, die aber nicht bis zum Aussenrohr reichen, so dass der Wärmeübergang vom Flächenheizkörper zu den über die Rippen geführte Flüssigkeit relativ schlecht ist. Zudem wird ein Anteil der erzeugten Wärme direkt nach aussen abgegeben.

EP 1 360 918 A1 beschreibt eine Espressomaschine bei der in einem Boiler eine elektrische Heizwendel angeordnet ist. Um schnell heisses Wasser bereitstellen zu können, muss das Wasser im Boiler bereits vor dem Bedarf an heissem Wasser auf einer hohen Temperatur gehalten werden, was mit einem unerwünschten Standby-Betrieb verbunden ist oder mit langen Aufheizzeiten.

Aus der DE 35 42 507 C2 ist ein elektrischer Durchlauferhitzer zum Erhitzen flüssiger Medien bekannt, der aus einem Strangpressteil mit einem Durchlaufkanal für das zu erhitzende Medium und einem Rohrbereich für einen verdichteten Rohrheizkörper besteht und zu einer Wendel gewickelt ist. Die wärmeleitende Verbindung vom Rohrheizkörper zum Durchlaufkanal ist nur in einem kleinen Umfangsbereich des Rohrheizkörpers ausgebildet, so dass einerseits der gewünschte Wärmefluss reduziert ist und andererseits ein grösserer Umfangsbereich als Abstrahlfläche dient, über welche ein Anteil der Wärme des Rohrheizkörpers verloren geht.

Gemäss DE 29 13 385 wird eine Doppelwendel mit Kupferrohr und Heizwiderstand um eine Wasser-Kammer gewickelt, so dass der Heizwiderstand das Wasser in der Kammer und das Wasser im Kupferrohr erhitzen kann, wobei das Erhitzen im Kupferrohr zur Dampferzeugung eingesetzt wird. Ein schnelles weiteres Erwärmen von Wasser aus der Kammer ist nur möglich, wenn die Wassertemperatur in der Kammer bereits auf einer hohen Temperatur ist. Am Anfang ist dieses System sehr träge und wenn das Wasser in der Kammer lange warm gehalten werden muss, treten entsprechende Wärmeverluste auf.

US 1 595 819 beschreibt eine Rohrwendel, die um ein Längsrohr angeordnet ist. Im Innern des Längsrohres ist ein feuerfester Füllblock mit einer spiralförmigen Nut, in welche eine Heizwendel so eingelegt ist, dass sie nicht mit dem Längsrohr in Kontakt gelangt. Diese Anordnung ist aufwändig aufgebaut und erzielt keine genügend schnelle Erhitzung der durch die Rohrwendel fliessenden Flüssigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen energieeffizienten Durchlauferhitzer zu schaffen, der im Stande ist, die jeweilige Flüssigkeit, wie Wasser, Milch od.dgl., in kürzester Zeit auf die gewünschte Temperatur zu bringen, und dies auch noch in kostengünstiger Weise. Erfindungsgemäss gelingt dies durch die Kombination der Merkmale des Anspruches 1.

Die Möglichkeit, Aussen- und Innenschicht relativ dünn auszubilden, verringert die die Wärme aufnehmende und daher die Erhitzung der Flüssigkeit verzögernde Masse. Dies bedeutet aber auch eine platzsparende und kostengünstige Bauweise. Gleichzeitig werden Wärmespeicherung und -verluste durch die mindestens eine Isolationsschicht gering gehalten.

Der Durchlauferhitzer ist um eine zentrale Achse zylinderförmig aufgebaut. Er umfasst radial aussen die Aussenschicht mit einem wendelförmig angeordneten Kanal, radial innen an die Aussenschicht anschliessend die Innenschicht mit einer elektrischen Heizwendel und radial innen an die Innenschicht anschliessend die Isolierungsschicht. Diese drei Schichten umfassen der jeweiligen Funktion entsprechende Material- und Formeigenschaften und sie können aus verschiedenen Lagen aufgebaut sein. Die Anordnung der Schichten gewährleistet, dass im Wesentlichen alle von der Heizwendel erzeugte Wärme radial nach aussen zum wendelförmigen Kanal gelangt und dass ein Aufbau mit einer im Verhältnis zum Kanalvolumen kleinen aufzuheizenden Materialmasse möglich ist.

Um die erzeugte Wärme im Wesentlichen verzögerungsfrei dem Medium bzw. der Flüssigkeit im Kanal zuzuführen, wird die Innenschicht zwischen der Heizwendel und dem Kanal mit kleiner Mächtigkeit und/oder aus Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gebildet. Die Innenschicht umfasst zumindest einen Heizwendel. Die Innenschicht umfasst eine sich von der Heizwendel zur Aussenschicht erstreckende Lage mit wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material. Wenn das Material der Innenschicht zwischen der Heizwendel und der Aussenschicht mit dem Kanal elektrisch nicht leitend ist, so kann als Heizwendel ein nicht isolierter Heizdraht verwendet werden und die Wärme des Heizdrahtes gelangt direkt, also ohne zeitliche Verzögerung, in das Material der Innenschicht zwischen der Heizwendel und der Aussenschicht. Die radiale Mächtigkeit dieses Materials muss lediglich so gross sein, dass ein elektrisches Durchschlagen vom Heizdraht zu einer an die Innenschicht anliegenden metallischen Hülse der Aussenschicht ausgeschlossen ist. Vorzugsweise hat die Lage mit wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material zwischen der Heizwendel und der Aussenschicht eine radiale Ausdehnung von weniger als 4 mm insbesondere weniger als 2 mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Innenschicht zwischen der Heizwendel und der Aussenschicht von einem verdichteten Pulver aus Magnesiumoxyd gebildet. Bei diesem Material genügt bereits ein radialer Abstand zwischen dem Heizdraht und der Hülse der Aussenschicht von 2mm, insbesondere lediglich 1.1 mm, um ein elektrisches Durchschlagen zu verhindern. Entsprechend dem kleinen Abstand ist auch die Masse der Innenschicht sehr klein, so dass die vom Heizdraht erzeugte Wärme durch das Aufwärmen dieser kleinen Masse nur unwesentlich verzögert zur Aussenschicht gelangt. Die an die Innenschicht anschliessende innerste Lage der Aussenschicht kann von einer dünnen Hülse aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet werden. Dadurch gelangt die Wärme vom Heizdraht mit minimaler Verzögerung in das im Kanal befindliche Medium.

Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht das Aufwickeln des Heizdrahtes auf eine bolzenförmige Isolierungsschicht, vorzugsweise aus Keramik, auf der gegebenenfalls vorgängig bereits eine dünne Lage mit wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material aufgetragen wurde. Versuche haben gezeigt, dass auch ein direkt auf die Isolierungsschicht aufgewickelter Heizdraht die Wärme genügend gut in das an den Heizdraht anliegende wärmeleitende Material überträgt. Das Anordnen und Verdichten von wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material zwischen der Heizwendel und der Aussenschicht kann in einer Hülse mit kleinem Aufwand durchgeführt werden. Es ist wesentlich einfacher als das bei den Lösungen gemäss dem Stand der Technik benötigte Positionieren eines Heizdrahtes in einem Rohr, dem anschliessenden Füllen des Rohres mit wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material, dem Umformen des Rohres zu einer Rohrwendel, dem Positionieren in einer Form und dem Umgiessen dieser Rohrwendel mit Metall. Bei der erfinderischen Lösung ist nicht nur der Herstellungsaufwand kleiner, sondern im Betrieb auch die Reaktionsgeschwindigkeit viel höher, weil auf eine Einbettung des Heizdrahtes in einem Rohr verzichtet werden kann.

Die Aussenschicht umfasst zumindest zwei Lagen, welche je eine Wandung dieser Aussenschicht bilden. Der Kanal wird in eine dieser Wandungen eingearbeitet. Die innerste Lage der Aussenschicht schliesst den Kanal gegen innen dicht ab und lässt die Wärme von der Innenschicht zum Kanal fliessen. Eine mittlere Lage der Aussenschicht umfasst die wendelförmige Kanalwand und eine äussere Lage der Aussenschicht schliesst den Kanal gegen aussen dicht ab. Mit diesem Aufbau kann auf die Verwendung und aufwändige Positionierung einer Rohrwendel verzichtet werden. Lösungen, bei denen der Kanal von wendelförmig verlaufenden Rohrleitungen gebildet wird, haben den Nachteil, dass sie im Wesentlichen auf runde Leitungsquerschnitte eingeschränkt sind und dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Leitungsquerschnitten mindestens zwei Wandstärken der Rohrleitung beträgt. Bei der erfindungsgemässen Lösung ist der Kanalquerschnitt frei wählbar.

Um die erzeugte Wärme im Wesentlichen vollständig dem Medium bzw. der Flüssigkeit im Kanal zuzuführen, werden in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die wendelförmig verlaufenden Kanalwände möglichst schmal ausgebildet, sodass in einem Längsschnitt des zylinderförmigen Durchlauferhitzers der überwiegende Längenanteil vorzugsweise mehr als 80%, insbesondere mehr als 90%, von den in Achsrichtung nebeneinander liegenden Kanalabschnitten belegt wird. Wenn der Kanal mit einem zu erwärmenden Medium gefüllt ist, geht der überwiegende Anteil der von der Innenschicht radial nach aussen strömenden Wärme direkt in das Medium. Selbst von den schmalen Kanalwänden geht ein grosser Anteil der zuströmenden Wärme in das zu erwärmende Medium, so dass nur ein äusserst kleiner Anteil der Wärme nicht ins Medium gelangt.

Um zu gewährleisten, dass im Wesentlichen alle von der Heizwendel erzeugte Wärme radial nach aussen fliesst, wird innen an die Innenschicht anschliessend eine Isolierungsschicht mit einer möglichst kleinen Wärmeleitfähigkeit angeordnet.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Isolierungsschicht auch elektrisch isolierend und ein Heizdraht ist direkt auf die Isolierungsschicht aufgewickelt. Bei dieser Ausführungsform wird als Isolierungsschicht beispielsweise ein zylindrischer Bolzen aus keramischem Material verwendet. Auf den Bolzen aus keramischem Material wird der Heizdraht wendelförmig aufgewickelt. Gegebenenfalls wird vor dem Wickeln eine dünne wärmeleitende aber elektrisch isolierende Innenlage der Innenschicht auf den Bolzen aufgetragen, so dass die vom Heizdraht ausgehende Wärme rund um den Heizdraht in das wärmeleitende Material der Innenschicht fliessen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Isolierungsschicht eine Lage bzw. einen Bereich der frei ist und durch den eine elektrische und/oder eine Fluidleitung geführt werden kann. Der Heizwendel kann somit beide elektrischen Anschlüsse bei der gleichen Stirnseite des Durchlauferhitzers aufweisen, wobei ein Anschluss direkt zum nahen Ende der Heizwendel führt und der andere durch die Isolierungsschicht zum entfernten Ende der Heizwendel. Gegebenenfalls wird auch eine Fluidzuleitung durch die Isolierungsschicht geführt, so dass auch der kleine durch die Isolierungsschicht abfliessende Wärmeanteil dem Fluid zugeführt werden kann.

Die Dimensionierung des Durchlauferhitzers, insbesondere die radialen und axialen Ausdehnungen der Aussenschicht und der Innenschicht, sowie die Heizleistung der Heizwendel können problemlos an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Der erfindungsgemässe Durchlauferhitzer kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo ohne Wärmespeicherung mit kurzen Reaktionszeiten vorgegebene Durchflussmengen eines Mediums auf einer vorgegebenen Temperatur bereitgestellt werden müssen.

Bei Kaffeemaschinen kann der Durchlauferhitzer so ausgelegt werden, dass er nach einer Verzögerungszeit von weniger als 7 Sekunden kontinuierlich Wasser mit einer Temperatur von 90°C bereitstellen kann, wobei die Eingangstemperatur des Wassers bei ca. 20°C liegt und das gleichzeitig im Kanal befindliche Wasservolumen ca. 8500mm³ bzw. 8.5ml beträgt. Wenn im Kanal 8.5ml Wasser aufgenommen sind, so muss für 1dl Kaffee Wasser im Umfang des 12 fachen Kanalvolumens bereit gestellt werden. Nach dem Starten der Wassererhitzung wird während einer kurzen Aufheizzeit zuerst das im Kanal befindliche Wasser auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Dann wird das Wasser mit der gewünschten Durchflussleistung durch den Durchlauferhitzer gefördert und beim Durchfluss auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Der erfinderische Durchlauferhitzer kann mit einer elektrischen Leistung von 1100 Watt die gewünschte Ausflussleistung von Wasser mit der gewünschten Temperatur gewährleisten.

Bei Laborgeräten können ganz andere Anforderungen an die Temperatur und die Durchflussleistung gegeben sein. Die jeweiligen Anforderungen können mit der entsprechenden Auslegung des erfinderischen Durchlauferhitzers problemlos eingehalten werden.

Auch bei Anwendungen mit grossen Durchflussleistungen aber tieferen Temperaturen, wie beispielsweise bei einem Dusch-WC, wo pro Minute ca. 1l Waser auf 37°C benötigt wird, können erfindungsgemässe Durchlauferhitzer mit entsprechender Auslegung eingesetzt werden.

Damit der Durchlauferhitzer seine Leistung bzw. die Erhitzung des Fluids an eine gewünschte Fluid-Austrittstemperatur und insbesondere an einen jeweiligen Fluid-Durchfluss anpassen kann, wird er mit einer Steuerung ergänzt, welche die elektrische Speisung des Heizdrahtes steuert. Die Steuerung muss zumindest ein Ein-Aus-Signal erhalten, das festlegt, ob der Heizdraht elektrisch gespeist werden soll oder ob keine Wärme erzeugt werden soll. Wenn der Heizdraht elektrisch gespeist wird, so kann er entsprechend der fliessenden Stromstärke eine Heizleistung erzielen. Wenn die Temperatur des erhitzten Fluids wählbar sein soll und dies zudem für unterschiedliche Durchflüsse, so wird die Steuerung zusätzlich zum Ein-Aus-Signal zumindest noch ein weiteres Signal von einem Temperatursensor beim Ablauf des Durchlauferhitzers und/oder von einem Durchflusssensor und/oder von einem Temperatursensor beim Zulauf des Durchlauferhitzers erhalten und bei der Einstellung der Heizleistung berücksichtigen.

Aufgrund der hohen Effizienz und der schnellen Bereitstellung von warmem Wasser ist der erfindungsgemässe Durchlauferhitzer auch zum Erwärmen von über Wasserhähne oder Duschbrausen bezogenem Warmwasser geeignet. Weil der leistungsstarke Durchlauferhitzer kostengünstig hergestellt werden kann, ist es möglich alle Verbrauchsstellen mit einem Durchlauferhitzer auszustatten. Dabei kann die maximale Heizleistung auf den maximalen Warmwasserverbrauch (max. Temperatur, max. Durchfluss) einer Verbrauchsstelle ausgelegt werden, wobei für verschiedene Verbrauchsstellen wie Bad oder Küche die unterschiedlichen Ansprüche an die maximale Wassertemperatur und den maximalen Durchfluss berücksichtigt werden können.

Die jeweilige Erhitzung des Wassers kann an die vom Verbraucher gewählte Verbrauchstemperatur angepasst werden. Wenn die elektrische Speisung des Durchlauferhitzers über eine Steuerverbindung mit einer Einstellvorrichtung der Armatur der Verbrauchsstelle verbunden ist, so kann die Heizleistung genau an die gewählte Position der Einstellvorrichtung angepasst werden. Gegebenenfalls werden bei der Einstellung der Heizleistung auch noch eine Temperaturmessung beim Ablauf des Durchlauferhitzers und/oder eine Durchflussmessung verwendet. Der erfinderische Durchlauferhitzer ermöglicht es, dass Brauchwasser direkt mit einer sehr genau vorgegebenen Temperatur bereitgestellt wird. Wenn die Erwärmung des Brauchwassers vom Kaltwasser ausgeht, so kann auf einen zentralen Warmwasser-Vorratsbehälter und das parallele Verlegen von Warm- und Kaltwasserleitungen verzichtet werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Aufwand für die bei den Verbrauchstellen benötigten Durchlauferhitzer kleiner ist als der Aufwand für den Warmwasser-Vorratsbehälter und die Warmwasserleitungen.

Bei den konventionellen Lösungen wird Heisswasser in einem Vorratsbehälter insbesondere in einem Boiler bereitgehalten und bei Bedarf über eine häufig sehr lange Leitung zur Verbrauchsstelle gefördert und dort mit Kaltwasser so gemischt, dass Wasser mit der gewünschten Temperatur abgegeben werden kann. Die Leitung vom Vorratsbehälter zur Verbrauchsstelle führt zum verzögerten Eintreffen des Heisswassers und zudem muss das Mischverhältnis zwischen dem Wasser vom Vorratsbehälter und von der Kaltwasserzuführung in der Anlaufphase geändert werden. Mit dem erfindungsgemässen Durchlauferhitzer kann selbst bei unterschiedlich stark geöffneten Verbrauchsstellen direkt Wasser mit der gewünschten Temperatur abgegeben werden. Gegebenenfalls werden auch nahe beieinander liegenden Verbrauchsstellen über einen gemeinsamen Durchlauferhitzer bedient. Wenn in einem Haus bereits ein Warmwasser-Vorratsbehälter vorhanden ist, beispielsweise kombiniert mit thermischen Solarkollektoren, so kann der erfindungsgemässe Durchlauferhitzer gezielt dort ergänzend eingesetzt werden, wo der sofortige Bezug von Warmwasser immer gewährleistet werden soll, also auch dann wenn das Wasser zwischen dem Warmwasser-Vorratsbehälter und der Verbrauchsstelle abgekühlt ist. Dabei wird die Heizleistung des Durchlauferhitzers mit dem Eintreffen des vom Warmwasser-Vorratsbehälter kommenden Warmwassers reduziert oder gegebenenfalls auch abgeschaltet. Bei einem solchen Einsatz ist es zweckmässig, wenn der Durchlauferhitzer sowohl beim Zulauf als auch beim Ablauf einen Temperatursensor umfasst.

Die Verwendung eines erfindungsgemässen Durchlauferhitzers zum Erwärmen von über Verbrauchsstellen, wie Wasserhähne oder Duschbrausen, bezogenem Warmwasser, bei welcher Verwendung ein erfindungsgemässer Durchlauferhitzer bei der Verbrauchsstelle angeordnet ist, wird ebenfalls als Erfindung beansprucht.

Mittels Spül- und Reinigungsdurchläufen können Verschmutzungen und Kalk beseitigt werden. Die Kanalform kann so gewählt werden, dass für das Ansetzen von Schmutz und Kalk keine Ansetzstellen gegeben sind. Wenn der Kanal für die Reinigung zugänglich sein muss, so werden die Lagen der Aussenschicht so ausgebildet, dass zumindest die äusserste Lage der Aussenschicht in Achsrichtung von der daran anschliessenden inneren Lage abgezogen werden kann. Dadurch wird die gesamte Kanalumrandung zugänglich, wobei ein Teilbereich an der innersten Lage und ein Teilbereich an der äussersten Lage der Aussenschicht zugänglich ist. Das heisst also, dass die Aussenschicht zwei Hülsen umfasst, die zum Reinigen auseinander gezogen werden können.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die mit dem Heizdraht versehene Isolierungsschicht zentral in einer ersten Hülse aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere in einer ersten Hülse aus Metall, angeordnet und in den Ringbereich zwischen dem Heizdraht und der ersten Hülse pulverförmiges Material, vorzugsweise Magnesiumoxyd, eingefüllt. Um die gewünschte hohe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen, wird das pulverförmige Material im Ringraum verdichtet. Gemäss einer bevorzugten Herstellungsmethode wird die gefüllte erste Hülse mit einem Walzverfahren radial nach innen verengt, so dass mit dem abnehmenden Aussendurchmesser der ersten Hülse, das pulverförmige Material verdichtet und die Leerräume verdrängt werden. Die gewalzte und vorzugsweise an zumindest einer Stirnseite verschlossene erste Hülse wird in eine zweite Hülse eingesetzt, wobei in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Hülsen der wendelförmig angeordnete Kanal ausgebildet ist. Der Ringbereich zwischen beiden Hülsen wird bei den beiden stirnseitigen Enden der Hülsen dicht verschlossen. Dazu werden beispielsweise zwei Ringe mit Lasernähten dicht mit den Hülsen verbunden.

Der wendelförmige Kanal kann in die Aussenseite der ersten Hülse oder in die Innenseite der zweiten Hülse eingearbeitet sein. Gegebenenfalls wird zur Kanalbildung zwischen den beiden Hülsen eine die Kanalwand bildende Wendel eingesetzt. Die Kanalwand muss lediglich gewährleisten, dass der grosse Anteil des durch den Kanal fliessenden Mediums vollständig entlang der Wendelform fliesst. Auch wenn die Kanalwand nicht vollständig dicht an beide Hülsen anschliesst, wird immer noch ein im Wesentlichen der Wendelform folgendes Durchströmen des Kanals gewährleistet. Die Kanalwand kann mit sehr kleiner Mächtigkeit ausgebildet werden, so dass der überwiegende Anteil des ringförmigen Raumes zwischen den beiden Hülsen von Kanalbereichen belegt wird. Dabei hat der Kanal im Querschnitt vorzugsweise eine im Wesentlichen rechteckige Form.

An den Kanal anschliessend sind bei einem Ende des Kanals ein Zulauf für eine zu erhitzende Flüssigkeit und am anderen Ende einen Ablauf für diese ausgebildet. Der Zulauf und der Ablauf führen vorzugsweise in radialer Richtung durch die zweite Hülse.

Wenn der Kanal in die Aussenseite der ersten Hülse eingearbeitet ist, so wird die Verwendung eines Walzverfahrens zum verdichten, bzw. zum radial nach innen verengen, durch die Kanalwände erschwert. Zumindest bei Hülsen mit kleinem Durchmesser ist es vorteilhaft, wenn der Kanal in die Innenseite der zweiten Hülse eingearbeitet ist und somit die erste Hülse sehr dünnwandig ausgebildet werden kann. Das Einarbeiten des Kanals in die Innenseite oder in die Aussenseite einer Hülse kann mit einem Drehverfahren oder einem Fräsverfahren durchgeführt werden. Gemäss einem besonders einfachen Herstellungsverfahren werden die zweiten Hülsen von einem Rohr abgetrennt, bei dem ein durchgehender Kanal mittels Drehen erzeugt wurde. Die abgetrennten zweiten Hülsen haben an den Stirnseiten keinen Abschluss des Kanals und darum werden zwei Ringe mit Lasernähten dicht mit den beiden Hülsen verbunden. Wenn der Kanal an den einzelnen Hülsen ausgearbeitet wird, so kann er so ausgearbeitet werden, dass an beiden stirnseitigen Enden ein Abschluss stehenbleibt und somit für den Abschluss zwischen den beiden Hülsen keine Ringe eingesetzt werden müssen.

Das Einarbeiten des Kanals in die Innenseite oder in die Aussenseite einer Hülse kann auch bereits vor dem Ausbilden der Hülsenform durchgeführt werden. Dazu kann beispielsweise ein Zuschnitt eines Blechs mit einer Presse in eine Form gepresst werden, so dass auf einer Seite vom Blech Segmente der Kanalwand vorstehen. Dieses Blech mit vorstehenden Segmenten der Kanalwand kann dann in eine Rohrform umgeformt und bei aneinander anliegenden Seitenlinien mit einer Längsnaht, insbesondere einer Lasernaht, zu einem Rohr geschlossen werden. Die Segmente der Kanalwand schliessen dann so aneinander an, dass eine wendelförmige Kanalwand bereitgestellt wird. Die Längsnaht muss dabei auch bei der Kanalwand ausgebildet werden. Die Kanalwand muss nicht unbedingt durchgehend sein, weil sie ja nur sicherstellen muss, dass das Wasser im Wesentlichen entlang des Kanals durch den Durchlauferhitzer strömt. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Kanalwand bei der Längsnaht unterbrochen ist, so dass die miteinander zu verbindenden Seitenlinien des Blechzuschnitts entlang von geraden Linien verlaufen. Dadurch wird die Ausbildung der Längsnaht vereinfacht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1

eine Draufsicht auf einen Durchlauferhitzer im Sinne des Pfeiles I der Fig. 2, jedoch ohne Ummantelung;

Fig. 2

eine Seitenansicht des Durchlauferhitzers mit angedeuteter Ummantelung;

Fig. 3

einen Längsschnitt durch den Durchlauferhitzer der Fig. 1 und 2;

Fig. 4

einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform;

Fig. 5

einen Längsschnitt durch einen Durchlauferhitzer mit an der Innenschicht einer Hülse ausgebildeter Kanalwand;

Fig. 6

einen Längsschnitt durch eine an einer Stirnseite geschlossenen Hülse mit darin angeordneter Innenschicht und Isolierungsschicht;

Fig. 7

einen Längsschnitt durch eine Hülse mit der an der Innenseite ausgebildeten Kanalwand, zwei Leitungsanschlüssen und zwei Abschlussringen;

Fig. 8

eine perspektivische Darstellung der Hülse nach Fig. 7

Fig. 9

eine Draufsicht auf einen Druchlauferhitzer nach Fig. 5

Fig. 10

einen Längsschnitt durch einen Durchlauferhitzer mit an der Aussenschicht einer Hülse ausgebildeter Kanalwand;

Fig. 11

einen Längsschnitt durch eine Hülse mit der an der Aussenseite ausgebildeten Kanalwand;

Fig. 12

eine perspektivische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit zwei elektrischen Anschlüssen und zwei Leitungsanschlüssen; und

Fig. 13

eine perspektivische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit einer axial durchgeführten Leitung und zwei elektrischen Anschlüssen.

Fig. 1 zeigt einen Durchlauferhitzer 1 mit mindestens einer (vorzugsweise wenigstens zwei) Efensicherung(en) und Erdung 2 im Kreislauf einer Heizwicklung 3 sowie einer Sensoreinheit 4, die im Allgemeinen zumindest einen Temperatursensor umfassen wird. An die Heizleitung 3 ist eine Regelstufe 5 für die an die Heizwendeln 3 von einem Netzanschluss 6 abgegebene Energie angeschlossen. Zweckmässig ist diese Regelstufe 5 mit einem Programmspeicher 7 versehen, um eines von mehreren Programmen auszuführen, die über eine Eingabeeinheit 8, wie ein Tastenfeld, ein Touch-Sreen oder über einen blossen Wahlschalter, abgerufen werden können, wobei über diese Eingabeeinheit 8 zweckmässig auch die gewünschte Aufheiztemperatur eingegeben werden kann. Diese Temperatur wird von der Sensoreinheit 4 gemessen und als Eingangssignal der Regelstufe 5 zugeführt. Die Art der möglichen Programme sei später besprochen.

Ferner ist die Regelstufe 5 an eine Pumpensteuereinrichtung 9 angeschlossen, mit der die Durchlaufgeschwindigkeit der jeweils durch den Durchlauferhitzer 1 gepumpten Flüssigkeit - und damit auch die Zufuhr kalter Flüssigkeit - geregelt (z.B. über einen in der Sensoreinheit 4 oder gesondert vorhandenen Drucksensor) oder durch Steuerung der Pumpgeschwindigkeit gesteuert werden kann.

An Hand der Fig. 2 und 3 soll nun der Aufbau des Durchlauferhitzers 1 erläutert werden. Dieser ist aus mehreren Schichten aufgebaut, wovon Fig. 3 eine Aussenschicht 10 mit etwa schraubenlinienförmig um eine Längsachse A gewendelten, in eine Wandung 11 der Schicht 10 eingearbeiteten, vorzugsweise eingefrästen, Kanälen 12 aufweist. Die Kanäle 12 haben vorzugsweise eine von einem runden bzw. kreisförmigen Querschnitt abweichende Form, sind also - wie dargestellt - bevorzugt rechteckig oder trapezförmig, um so die Oberfläche gegenüber dem Volumen (im Vergleich zu einem kreisförmigen Querschnitt) zu vergrössern. Typischerweise liegt etwa das Verhältnis der einer zweiten, inneren Schicht 13 zugewandten Kanalwandung 14 zur schraubenlinienförmig verlaufenden seitlichen Begrenzungswandung 15 im Bereiche von 1 : 0,2 bis 1 : 0,25, doch lassen sich Steigung der Schraubenform und die Dimension variieren. Die der Kanalwandung 14 gegenüberliegende, radial aussen liegende Wand kann gegebenenfalls kürzer sein, in welchem Fall dann durch entsprechende Dimensionierung der Seitenwände 15 ein Trapezquerschnitt entsteht.

Diese Aussenschicht weist als Abdeckung ein Mantelrohr 16 auf, das am besten aufgeschrumpft bzw. warm aufgezogen, aber dann auch noch - mindestens an den Enden -, zweckmässig mittels Laser, verschweisst ist. Vorteilhaft erstreckt sich dabei die der Kanalwandung 14 entsprechende Fortsetzung 14a zu mindestens einer an einer Stirnseite des Durchlauferhitzers 1 angebrachten (unbeheizten und hitzebeständigen) Abdeckung 17, deren Funktion unten noch erläutert wird und durch welche vorteilhaft zumindest ein Ende der Heizleitungen 3 läuft (vgl. Fig. 1 und 2).

Zum Zuführen der zu erhitzenden Flüssigkeit, wie Wasser (z.B. im Falle eines Duschwassererhitzers) oder Milch (im Falle eines Getränke-Herstellapparates), ist jeweils ein Zulaufrohr 18 und ein Ablaufrohr 19 vorgesehen, welches theoretisch zwar parallel zur Achse A in die Kanäle 12 einmünden könnte, bevorzugt jedoch quer zur Achse A des die Schichten aufweisenden Körpers des Durchlauferhitzers 1 angebracht sind, wie dies aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.

Die innere Schicht 13 besteht aus einem hitzebeständigen, wärmeleitenden, z.B. keramischen, Heizleiterträger, in den die Wendeln 3a der Heizleiter 3 eingebettet sind. Diese Wendeln 3a sind in gleicher Richtung gewendelt, wie die Kanäle 12, d.h. sie laufen zu diesen parallel, so dass ein optimaler Wärmeübergang von den Heizwendeln 3a zu den Kanälen 12 stattfindet. Dazu sind die Heizwendeln 3a näher zu den Kanälen 12 als zur Achse A angeordnet. Vorzugsweise beträgt der Abstand a zwischen der (kreisförmigen) Linie der Kanäle 12 und der (kreisförmigen) Linie der Heizwendeln ein Viertel bis zu einem Fünftel des Abstandes a' der Linie der Heizwendeln 3a zur Achse A, so dass der Wärmeübergang von den Heizwendeln 3a zu den Kanälen 12 sehr rasch erfolgen kann.

Die Tatsache, dass der Abstand a' weitaus grösser ist als der Abstand a ergibt einen relativ grossen Raum dazwischen, der auch eine grosse Wärmemenge absorbieren würde. Um dies zu vermeiden und um die Leistung der Heizwendeln 3a möglichst nur den Kanälen 12 zukommen zu lassen, ist gegen die Achse A hin mindestens eine Isolierungsschicht in Form eines hohlen Rohres 20 aus temperaturbeständigem Material vorgesehen. Das hohle Innere dieses Rohres kann mit hitzebeständigem Isoliermaterial 21, insbesondere Keramik, ausgefüllt sein, um so das Energie absorbierende Volumen zu verringern und somit beim Aufheizen der Flüssigkeit in den Kanälen 12 Energie zu sparen. Es ist aber auch möglich, die Luft im Inneren des hohlen Rohres 20 für die Isolation zu gebrauchen.

Während so der Übertritt grösserer Wärmemengen in das Innere des Durchlauferhitzers 1 verhindert wird, was das Aufheizen der Flüssigkeit in den Kanälen 12 beschleunigt (eigentlich ist es nur ein einziger, schraubenförmiger Kanal 12, obwohl eine mehrgängige Schraube ebenso möglich wäre) ist es alternativ oder zusätzlich auch noch möglich eine in Fig. 2 angedeutete Isolierschicht 22 an der Aussenseite des Durchlauferhitzers 1 anzubringen. Überdies kann es vorteilhaft sein, an der Aussenseite, insbesondere über die axiale Erstreckung der Heizwendeln 3a, eine gut wärmeleitende bzw. wärmespeichernde Schicht 23, z.B. aus Aluminium oder Kupfer, anzubringen, die sich zweckmässig in Axialrichtung nur über die Länge des von den Schichten 10, 13 gebildeten Körpers des Durchlauferhitzers 1 erstreckt.

Es hat sich herausgestellt, dass für verschiedene Anwendungen die Anbringung eines an die Regelstufe 5 angeschlossenen und von ihr gesteuerten Vibrators 24 an der Aussenseite des Durchlauferhitzers 1 von Vorteil ist. Zum einen begünstigt sein Betrieb die Aufheizung, zum anderen kann er nach Abschalten der Heizung und/oder kurz vor deren Inbetriebnahme zur Reinigung bzw. Entkalkung der Kanäle 12 eingesetzt werden. Gegebenenfalls lässt sich die jeweilige Betriebsart und/oder die Vibrationsfrequenz bzw. - stärke durch die Eingabeeinheit 8 einstellen. Gerade wenn die Schichten 22 bzw. 23 fehlen, kann es für manche Zwecke vorteilhaft sein, wenn sich die axiale Lage des Vibrators 24 einstellbar ist. Alternativ kann die axiale Lage des Vibrators 24 vor dem äusseren Anbringen wenigstens einer der Schichten 22, 23 eingestellt werden. Das Verschieben erfolgt über einen mit einer Klemmschraube 26 festlegbaren Tragring 25. Es kann aber ein verbesserter Wärmeübergang dadurch erzielt werden, dass wenigstens eine der Schichten 22, 23 und/oder (insbesondere) der Tragring 25 aufgegossen ist.

Da somit die Bedingungen für eine rasche - und damit energiesparende - Aufheizung durch die in Radialrichtung bezüglich der Achse A aufeinander folgenden Schichten, aber auch durch die in Achsrichtung anschliessenden und dort den Abgang von Wärme verhindernden Abdeckungen 17 optimiert sind und somit ein rascher Temperaturwechsel herbeigeführt werden kann, können über die Eingabeeinheit 8 verschiedene Programme, wie etwa ein Therapieprogramm mit einem Wechsel der Wassertemperatur nach Art einer Kneipp-Kur, ein Spülprogramm (nach Beendigung des Aufheizens) oder eine Programmierung für die Pumpensteuerung 9 in der Weise, dass der Flüssigkeitsdruck zu Beginn des Aufheizens abgesenkt wird (erleichtert das rasche Aufheizen). Für all diese Programme ist der Programmspeicher 7 vorgesehen.

Gemäss Fig. 4 ist ein Heizkörper 13a vorgesehen, der grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist, wie zuvor an Hand der Schichten 13, 20 und 21 beschrieben worden ist. An einer Wandung 10a der Aussenschicht 10 sind die Kanäle jedoch nicht an der Aussenseite, sondern von der Innenseite her ausgefräst (im Prinzip wäre die Herstellung der Kanäle auch durch Drehen denkbar). Die so hergestellte Wandung 10a der Aussenschicht 10 wird dann auf den Körper 13a warm aufgezogen und haftet auf ihm nach dem Abkühlen. Auch hier ist es zweckmässig, wenn die Aussenschicht 10a anschliessend an den (axialen) Enden festgeschweisst wird, insbesondere durch Laserschweissen.

Fig. 5 bis 9 zeigen den Aufbau und Elemente eines einfach herstellbaren Durchlauferhitzers 1. Bei dieser Ausführungsform wird als Isolierungsschicht 21 ein zylindrischer Bolzen aus keramischem Material verwendet. Weil das Isolierungsmaterial genügend stabil ist kann auf ein dieses Material umgebendes Rohr 20 verzichtet werden. Auf den Bolzen aus keramischem Material wird der Heizleiter 3 bzw. Widerstands-Heizdraht als Heizwendel 3a aufgewickelt. Die mit der Heizwendel 3a versehene Isolierungsschicht 21 wird zentral in einer ersten Hülse 10b aus Metall angeordnet und in den Ringbereich zwischen der Heizwendel 3a und der ersten Hülse 10b wird pulverförmiges Material, vorzugsweise Magnesiumoxyd, zum weiteren Aufbau der Innenschicht 13 eingefüllt. Um die gewünschte hohe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen, wird das pulverförmige Material im Ringraum verdichtet. Gemäss einer bevorzugten Herstellungsmethode wird die gefüllte erste Hülse 10b mit einem Walzverfahren radial nach innen verengt, so dass mit dem abnehmenden Aussendurchmesser der ersten Hülse, das pulverförmige Material verdichtet und die Leerräume verdrängt werden. Die erste Hülse 10b ist vorzugsweise an einer Stirnseite mit einem Boden 27 verschlossen und wird gegebenenfalls mittels Tiefziehen aus einem Blech hergestellt.

Die erste Hülse 10b mit Isolierungsschicht 21 und der Innenschicht 13 wird in eine zweite Hülse 10a bzw. in eine Wandung 10a der Aussenschicht 10 eingesetzt, wobei die Wandung 10a der Aussenschicht 10 mit einer sich radial nach innen erstreckenden gewendelten Kanal-Seitenwand 15 einen Kanal 12 bildet. Der Kanal 12 ist somit an der Innenseite einer Wandung 10a der Aussenschicht 10 ausgearbeitet. Im zusammengesetzten Zustand gemäss Fig. 5 bildet die erste Hülse 10b zusammen mit der zweiten Hülse 10a die Aussenschicht 10 mit zwei Wandungen und einem dazwischen liegenden Kanal 12.

Die Kanal-Seitenwand 15 muss lediglich gewährleisten, dass der grosse Anteil des durch den Kanal fliessenden Mediums vollständig entlang der Wendelform fliesst. Auch wenn die Kanal-Seitenwand 15 nicht vollständig dicht an die erste Hülsen 10b anschliesst, wird immer noch ein im Wesentlichen der Wendelform folgendes Durchströmen des Kanals 12 gewährleistet. Die Kanal-Seitenwand 15 ist mit kleiner Mächtigkeit ausgebildet, so dass der überwiegende Anteil, vorzugsweise mehr als 80%, in besonders vorteilhaften Ausführungen sogar mehr als 90%, des ringförmigen Raumes zwischen den beiden durchgehenden Zylinderwandungen der Aussenschicht von Kanalbereichen belegt wird. Dabei hat der Kanal 12 im Querschnitt eine im Wesentlichen rechteckige Form.

Der Ringbereich zwischen beiden Hülsen 10b und 10a wird bei den beiden stirnseitigen Enden der Hülsen 10b und 10a dicht verschlossen. Dazu werden beispielsweise zwei Ringe 28 mit Lasernähten dicht mit den Hülsen 10b und 10a verbunden. An den Kanal 12 anschliessend sind bei einem Ende des Kanals 12 ein Zulaufrohr 18 für eine zu erhitzende Flüssigkeit und am anderen Ende ein Ablaufrohr 19 für die erhitzte Flüssigkeit ausgebildet. Das Zulaufrohr 18 und das Ablaufrohr 19 schliessen vorzugsweise in radialer Richtung an Öffnungen 18a und 19a der zweite Hülse 10a an.

Die Heizwendel 3a kann beide elektrischen Anschlüsse 3 bei der gleichen Stirnseite des Durchlauferhitzers 1 aufweisen, wobei ein Anschluss 3 direkt zum nahen Ende der Heizwendel 3a führt und der andere durch die Isolierungsschicht 21 zum entfernten Ende der Heizwendel 3a. Dazu wird in der Isolierungsschicht 21 für die Führung des Heizleiters 3 eine axiale Bohrung und eine radiale Bohrung oder eine Nut so angeordnet dass der Heizleiter 3 nicht in Kontakt kommt mit dem Boden 27.

Fig. 10 bis 12 zeigen den Aufbau und Elemente eines weiteren einfach herstellbaren Durchlauferhitzers 1. Auch bei dieser Ausführungsform wird als Isolierungsschicht 21 ein zylindrischer Bolzen aus keramischem Material verwendet. Auf den Bolzen aus keramischem Material wird der Heizleiter 3 bzw. Widerstands-Heizdraht als Heizwendel 3a aufgewickelt. Die mit der Heizwendel 3a versehene Isolierungsschicht 21 wird zentral in einer ersten Hülse 10b aus Metall bzw. in einer Wandung 11 der Aussenschicht 10 angeordnet und in den Ringbereich zwischen der Heizwendel 3a und der ersten Hülse 10b wird pulverförmiges Material, vorzugsweise Magnesiumoxyd, zum weiteren Aufbau der Innenschicht 13 eingefüllt. Um die gewünschte hohe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen, wird das pulverförmige Material im Ringraum verdichtet.

Über die erste Hülse 10b bzw. über die Wandung 11 der Aussenschicht 10 wird eine zweite Hülse bzw. ein Mantelrohr 16 der Aussenschicht 10 gezogen, wobei die Aussenschicht 10 mit einer Kanal-Seitenwand 15 einen Kanal 12 bildet. Der Kanal 12 ist dabei an der Aussenseite der Wandung 11 ausgearbeitet. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kanal 12 mittels Fräsen so ausgebildet, dass an den beiden Stirnseiten der Wandung 11 ein Abschluss ausgebildet ist, der dicht mit dem Mantelrohr 16 verbunden wird. An den Kanal 12 anschliessend sind bei einem Ende des Kanals 12 ein Zulaufrohr 18 für eine zu erhitzende Flüssigkeit und am anderen Ende ein Ablaufrohr 19 für die erhitzte Flüssigkeit ausgebildet. Das Zulaufrohr 18 und das Ablaufrohr 19 schliessen vorzugsweise in radialer Richtung an Öffnungen des Mantelrohrs 16 an. An den beiden Stirnseiten des Durchlauferhitzers 1 sind elektrisch isolierende Abdeckungen 17a angeordnet, von denen eine bei den elektrischen Anschlüssen 3 eine abstehende Trennlage 17b umfasst.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform bei der die Isolierungsschicht 21 eine zentrale Bohrung aufweist, durch welche eine Fluidleitung 29 geführt ist. Nach der Durchführung der Fluidleitung 29 durch die Isolierungsschicht 21 ist die Fluidleitung 29 an das Zulaufrohr 18 angeschlossen. Der Heizwendel weist die beiden elektrischen Anschlüsse 3 auf je einer Seite des Durchlauferhitzers 1 auf.