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Elektrischer Durchlauferhitzer
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit in einem Isolierstoffblock vorgesehenen Durchflusskanälen, in denen zum Teil auf Tragkernen abgestützte Heizwicklungen verlegt sind und wenigstens einem am Erhitzer angebrachten, aus zusammenwirkenden Schalt-und
Gegenkontakten bestehenden Schalter für die Heizwicklungen, der über eine Membran, deren beide
Seiten von der Durchlaufflüssigkeit beaufschlagt und vor bzw. nach einer Drosselstelle an den
Durchlaufweg angeschlossen sind, sowie über ein als Flüssigkeitsthermostat ausgebildetes temperaturempfindliches Steuerorgan betätigbar ist.
Durchlauferhitzer dieser Art haben den prinzipiellen Vorteil, dass sie die Unterbringung von Heizwicklungen mit relativ hoher Heizleistung auf sehr kleinem Raum ermöglichen und nur ein sehr geringes Füllvolumen besitzen, so dass sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt und nach öffnen der im
Flüssigkeitsweg liegenden, dem Erhitzer vor-oder nachgeschalteten Absperrorgane praktisch sofort erhitztes Frischwasser aus der Wasserleitung zur Verfügung steht.
Obwohl Durchlauferhitzer dieser Art sich bei den ausgereiften Konstruktionen jahrelang im störungsfreien Dauerbetrieb bewährt haben, konnten sie sich noch nicht für alle vorkommenden Fälle der Heisswasserbereitung durchsetzen. Der Hauptgrund dafür liegt im wesentlichen darin, dass bisher die Durchlauferhitzer wegen der Gefahr des Kesselsteinbesatzes grundsätzlich so ausgelegt werden, dass im Dauerbetrieb eine Austrittstemperatur des Wassers von 60 bis 70 C keinesfalls überschritten wird.
In den meisten Fällen werden das druckabhängige Steuerorgan und der Thermostat sogar so eingestellt, dass die Heizwicklungen bereits bei einer Durchflussmenge, die bei der Normaltemperatur des aus der Leitung kommenden Wassers noch unter dem angegebenen Grenzwert von 700C liegende Austrittswerte bedingt bzw. bei einer unter dem Grenzwert liegenden Temperatur an der Austrittsseite abgeschaltet werden. Für viele Zwecke, z. B. für die Zubereitung von Heissgetränken wie Kaffee und Tee reichen aber Austrittstemperaturen von 700C noch nicht aus.
Für diese Zwecke werden dann eigene Kochendwasserbereiter verwendet, die allerdings einen wesentlichen schlechteren Wirkungsgrad als Durchlauferhitzer aufweisen, einem starken Kesselsteinbesatz oder der Verkalkung unterliegen und im wesentlichen aus einem über ein Absperrorgan von der Wasserleitung her füllbaren Kleinbehälter bestehen, in dem ein nach der Füllung einschaltbarer elektrischer Heizkörper untergebracht ist, der von einem Thermostaten nach Erreichen einer vorbestimmten Wassertemperatur ausgeschaltet wird. Über ein weiteres Absperrorgan kann dann der erhitzte Behälterinhalt abgelassen werden. Hier ergeben sich ebenso wie dann, wenn Warmwasser von einem Durchlauferhitzter in einem Gefäss aufgefangen und z.
B. auf einer Heizplatte auf die gewünschte, in der Nähe des Siedepunktes liegende Temperatur erhitzt wird, verhältnismässig grosse Wartezeiten, bis die gewünschte Heisswassermenge zur Verfügung steht. Abgesehen davon ist es kaum möglich, von vornherein genau die benötigte Heisswassermenge festzulegen, so dass dann meist mehr Wasser als benötigt erhitzt wird.
Bei den bekannten Durchlauferhitzern der eingangs genannten Art weisen die Tragkerne der Heizwicklungen einen vom öffnungsquerschnitt der Heizwendel abweichenden, dreieckigen oder vieleckigen Querschnitt auf und sind ebenso wie der Isolierstoffblock meist aus Kunstharz, insbesondere
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Plexiglas, gegebenenfalls aber auch aus einem keramischen Isoliermaterial, das dann Halterungsrillen für die Wendel aufweist, hergestellt. In der Praxis zeigt sich nun, dass sich insbesondere dann, wenn nur hartes Leitungswasser zur Verfügung steht, an den Tragkernen und an den Wandungen der Heizkanäle
Ablagerungen bilden, die gegebenenfalls auf kurzen Teilstrecken der Kanäle den Wasserdurchtritt behindern und auch den sonst durch die Vielecksform der Tragkerne angestrebten Wasserdurchtritt zwischen Tragkern und Heizwendel unmöglich machen.
In diesen Bereichen ergibt sich dann eine ungenügende Wärmeableitung, was dazu führt, dass die Heizwendeln überhitzt werden und bei aus
Kunstharz bestehenden Isolierstoffblöcken und Tragkernen Oberflächenverbrennungen hervorrufen, die sowohl die Tragkerne als auch die Wandungsbereiche der Kanäle betreffen. Diese Brandstellen bilden dann wieder Ansatzherde für Ablagerungen, bis schliesslich ein grösserer Kanalbereich und auch die
Heizwendel selbst von Ablagerungen bedeckt ist und die Heizwendel so stark überhitzt wird, dass sie durchbrennt.
Bei Durchlauferhitzern haben sich Flüssigkeitsthermostate als übertemperatursicherung besonders bewährt, da sie nur kurze Ansprechzeiten haben, verhältnismässig betriebssicher sind und ihre
Ansprechtemperatur genau eingestellt werden kann. Es ist auch schon bekannt, Bimetallkontakte oder
Bimetallmembranen, die beiderseits von der Durchlaufflüssigkeit beaufschlagt werden, als übertemperatursicherung zu verwenden. In beiden Fällen ergibt sich aus der Natur des Bimetalls ein zu träges Ansprechen.
Bei Bimetallmembranen, die auf die beschriebene Weise eingebaut werden, besteht ein weiterer Nachteil darin, dass die Membran einseitig vom zulaufenden, kalten Wasser gekühlt wird, also nicht auf die Ausgangstemperatur des Wassers, sondern auf eine Mischtemperatur anspricht und überdies in der Praxis gegenüber andern reinen Metallmembranen, die sonst zur Steuerung verwendet werden, sehr rasch Ermüdungserscheinungen zeigt, so dass sie auch die normalen Schaltvorgänge auf
Grund der Druckdifferenz nicht mehr einwandfrei bewirkt.
Alle aufgezeigten Nachteile und Unzukömmlichkeiten werden durch die Erfindung beseitigt. Diese betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art und besteht im wesentlichen darin, dass die Tragkerne für die Heizwicklungen aus über die Länge der zugeordneten Heizwendeln durchgehenden, in ihrem Querschnitt der Wendelhöhlung angepassten Stäben aus hitzebeständigem, eine glatte Oberfläche aufweisendem und zumindest im Auflagebereich der Heizwendeln isolierendem
Material bestehen, die von der Durchlaufflüssigkeit bespülten Heizwendeln im Gleitsitz auf diese Stäbe aufgeschoben sind und die Heizwendeln und das temperaturempfindliche Steuerorgan für eine Erhitzung der Flüssigkeit auf eine über 700C liegende Austrittstemperatur im Dauerbetrieb ausgelegt sind.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung wird ein Festbrennen der Heizwendeln auf ihren Tragkernen sicher verhindert, so dass in weiterer Folge auch bei der Erhitzung harten Wassers ein vorzeitiges Durchbrennen der Heizwendeln durch Wärmestau verhindert wird. Auch für den Fachmann ist aber die Tatsache überraschend, dass erfindungsgemäss ausgebildete Durchlauferhitzer auch im Dauerbetrieb ohne weiteres zur Erhitzung von Wasser bis nahe an den Siedepunkt verwendet werden können, so dass praktisch erstmals ein elektrisch betriebener, die Flüssigkeit im Durchlaufweg erhitzender Kochendwasserbereiter, bei dem trotzdem die Durchlaufflüssigkeit die Heizwicklungen unmittelbar umspült, zur Verfügung steht. Trotzdem konnte auch nach längerem Dauerbetrieb an den Heizwendeln kein merklicher Kesselsteinbesatz festgestellt werden.
Als Erklärung für dieses Phänomen kann angenommen werden, dass die auf ihren Trägern im Gleitsitz gehaltenen Heizwendeln beim Durchströmen des Wassers federnd in Schwingungen gebracht werden, welche Annahme durch ein beim Betrieb feststellbares Summgeräusch erhärtet wird. Durch diese Schwingungen werden sich bildende Kesselsteinansätze bereits abgesprengt, wenn sie noch praktisch mikroskopisch klein sind, so dass es zu keinem Wärmestau kommen kann. Durch die Schwingungen der Heizwendeln werden überdies die Oberflächen der ohnehin glatten Tragstäbe dauernd von Verunreinigungen freigehalten.
Obwohl es durchaus denkbar wäre, die Tragstäbe aus keramischem Material oder auch aus an seiner Oberfläche eine hitzebeständige glatte Isolierschicht tragendem Metall herzustellen, wird es erfindungsgemäss vorgezogen, Tragstäbe zu verwenden, die aus hitzebeständigem Glas (vorzugsweise Jena'er Glas "Duran 50") bestehen.
Wenn mit sehr hohen Durchflussgeschwindigkeiten gearbeitet und wegen der grossen Wirtschaftlichkeit ein sehr kleines Füllvolumen der Heizkanäle angestrebt wird, empfiehlt es sich, nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, dass auch die Heizkanäle des Isolierstoffblockes Auskleidungsrohre od. dgl. aus hitzebeständigem Material aufweisen, um auch in diesem Durchflussbereich Ablagerungen zu verhindern.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Tragstäbe als Rohre ausgebildet und über in ihre Enden einragende Anschlüsse, für die Heizwicklungsenden bildende Kontaktbolzen in den Kanälen
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gehalten und zentriert.
Es ist klar, dass bei den hohen, mit einem erfindungsgemässen Durchlauferhitzer erzielbaren Austrittstemperaturen der Durchlaufflüssigkeit insbesondere dann, wenn der Erhitzer als Druckgerät arbeitet, ihm also ein oder mehrere Absperrorgane einer Warmwasserleitung nachgeordnet sind und der Erhitzer dauernd unter Leitungswasserdruck steht, Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen, um zumindest beim Überschreiten des Siedepunktes der Flüssigkeit bzw. einer vorbestimmten, höchstzulässigen Temperatur von z. B. 900C oder dann, wenn Gaseinschlüsse im zugeführten Leitungswasser vorhanden sind, sofort die Heizwicklungen abzuschalten und dadurch ein Durchbrennen der Heizwicklungen bzw. das Auftreten gefährlicher überdrücke im Gerät und auch in den Leitungen zu verhindern.
Diese sich zusätzlich ergebende Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Einlasskanal des Isolierstoffblockes eine vorzugsweise als durch eine Feder gegen einen Ventilsitz gepresste Kugel ausgebildetes Rückschlagventil angeordnet ist und der aus einem von einer Membran, die einen Schalter betätigt, abgeschlossener, mit einer einen vorbestimmten (unter dem Siedepunkt der Durchlaufflüssigkeit liegenden) Siedepunkt aufweisenden Flüssigkeit gefüllter Vorratsbehälter ausgebildete Flüssigkeitsthermostat einen mit der einen Heizkanal verlassenden Durchlaufflüssigkeit in wärmeleitender Verbindung stehenden, selbst als Membran ausgebildeten Boden aufweist, so dass bei raschem Temperaturanstieg der Durchlaufflüssigkeit der auf die Bodenmembran wirkende Druck den dem Thermostaten zugeordneten Schalter zum Ansprechen bringt, was ohne weiteres der Fall sein kann,
ehe noch die Thermostatflüssigkeit den Siedepunkt erreicht hat. Dies ist besonders wesentlich, da bei der Dampfbildung oder bei Gaseinschlüssen die Wärmeübertragung von der Durchlaufflüssigkeit auf den Thermostaten durch Luft bzw. Dampf behindert sein kann. Bei dieser Ausbildung ist allerdings darauf zu achten, dass auch die hinter der Kontaktstelle liegende Leitungsführung einen gewissen Leitungswiderstand aufweist, damit sich nach Schliessen des Rückschlagventils ein entsprechender Druck aufbauen kann.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 und 2 einen für Drehstrombetrieb bestimmten, als Druckgerät arbeitenden Durchlauferhitzer im Längsschnitt und in Draufsicht, Fig. 3 das rechte Ende des Durchlauferhitzers bei der Ausbildung als
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Detail im grösseren Massstab das temperaturempfmdliche Steuerorgan und Fig. 6 in Ansicht einen mit zwei Durchlauferhitzer bestückten Heisswasserbereiter.
Nach den Fig. 1 bis 5 sind in einem Isolierstoffblock --1-- je ein mit einem Wasserleitungsanschluss und einer oder mehreren Warmwasserzapfstellen verbundene Vor-bzw.
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--3-- undVorlaufkanal--2--ragt ein hahnkükenartiges Absperrorgan--5--ein, mit dessen Hilfe ein bestimmter Differenzdruck bei durchlaufender Flüssigkeit aufrecht erhalten wird.
Die Grösse der
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--5-- geregelt- in Form einer Vertiefung ausgearbeiteten Hohlraum --6-- führt, der durch eine Gummimembran--7--, die von einer Metallmembran--8--unterlegt ist, abgedeckt wird.
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Block aufgesetzten Kunststoffkörpers --12-- fortgesetzt. Dieser Kunststoffkörper hält die Membranen-7, 8- in der richtigen Lage und enthält oberhalb der Membranen-7, 8- selbst einen Hohlraum--13--, der über einen Spalt--14--mit der Bohrung--11--in Verbindung steht. Innerhalb der Höhlung --13-- sitzt auf den Membranen ein Pfropfen-15-, der eine Querbohrung --16-- für das eine Ende --17-- eines doppelarmigen Schwenkhebels aufweist.
Ein Bund-18-des Hebels wird durch eine Feder --19-- gegen eine Dichtung ---20-- eines eingeschraubten Rohres --21-- gepresst. Es ist ein aus beweglichen Kontakten --22-- und feststehenden Kontakten --23-- am Isolierkörper --12-- bestehender Schalter vorgesehen. Die feststehenden Kontakte--23-tragen Anschlussschrauben--24--für die drei Phasenleiter.
Die beweglichen Kontakte--22--sitzen mit ihren feststehenden Enden nach den Fig. l und 2 auf einer Isolierstoffbrücke--25--und sind untereinander im Mittelbereich über eine weitere Brücke - verbunden. Die Kontakte --22-- sind so ausgelegt, dass sie im freigegebenen Zustand federnd gegen die Kontakte --23-- drücken. Die Metallmembran--8--ist so vorgespannt, dass sie in unbelastetem Zustand den Hebel--17--in der dargestellten Lage hält, in der die Kontakte
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--22-- abgehoben sind.
Sobald im Betriebszustand ein vorbestimmtes Druckgefälle zwischen Einund Auslass überschritten wird, überwiegt der über die Höhlung --6-- wirkende Druck und die
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8-- bewegenSchwenkhebel --29-- hält mit einer Klinke --30-- ein Ansatzstück --31-- fest, das untereinander über eine Brücke verbundene Gegenkontakte-32--, die im Sinne eines Auffederns vorgespannt sind, an die Kontakte-28-drückt. Sobald die Klinke den Teil --31-- freigibt, öffnen die Kontakte--32--.
Zur Steuerung des Schalters-28, 32- dient eine Membran-33--, die über einen Anschlag --34-- auf den Hebel--29--wirkt. Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann die Membran
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weiteren Membran besteht und über eine von einem, beispielsweise dem mittleren Heizkanal --3-abzweigende Bohrung--38--, die in weiterer Folge mit der Bohrung --4-- verbunden ist, mit erhitzter Durchlaufflüssigkeit beaufschlagt wird. Überschreitet die Temperatur der Durchlaufflüssigkeit einen vorbestimmten Wert, dann wölbt sich die Membran --33-- nach oben und löst dadurch den Schalter--28, 32-- aus.
Der Schalter kann erst nach Öffnen eines Gehäuses, in dem der Erhitzer untergebracht ist und das vorzugsweise auf entsprechende Wasserleitungsarmaturen aufgesetzt wird, wieder in die Schliessstellung gebracht werden, so dass praktisch zwangsweise eine Überprüfung des Durchlauferhitzers auf allfällige Fehler, die zum Ansprechen des Thermostaten geführt haben, vorgenommen werden muss.
Bei einem Gerät nach den Fig. 1 bis 2 ist, wie Fig. 4 zeigt, am Beginn der Einlaufbohrung-2--
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--40-- gedrückten--41-- besteht, die den Flüssigkeitszutritt ohne weiteres freigibt, ein verkehrtes Abströmen der Flüssigkeit aber verhindert. Kommt es zur Dampfbildung innerhalb des Gerätes, dann entsteht schlagartig ein Überdruck, der das Rückschlagventil schliesst und gleichzeitig die Membran-37-
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32- ausgelöstfür Druckgeräte gedacht. Bei einfachen Uberlaufgeräten, die praktisch am Auslass drucklos arbeiten, kann man in vielen Fällen auch ohne den zusätzlichen Schalter--28, 32-- und das Rückschlagventil das Auslangen finden.
Wie Fig. 3 zeigt, können bei einem derartigen Gerät die Kontaktfedern--22--
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--25-- an--43, 45-- dienen als Halterung für je ein Rohr--47--aus wärmebeständigem, isolierendem Material, das eine glatte Oberfläche aufweist und auf dem die zugehörige Heizwendel --44-- im Gleitsitz lagert. Überdies können die Bohrungen --3-- auch durch ein Rohr aus dem gleichen oder ähnlichen Material ausgekleidet sein.
Das Einführen der Heizwendeln --44-- wird durch an einem Ende der Bohrungen-3vorgesehene Schraubstopfen --48-- erleichtert. Über einen die Bohrung --11-- abschliessenden, weiteren Schraubstopfen--49--kann im Bedarfsfall eine Entlüftung oder Entwässerung des Gerätes vorgenommen werden.
Wie Fig. 6 zeigt, können zwei erfindungsgemässe Durchlauferhitzer zu einem gemeinsamen Gerät vereinigt werden. Nach Fig. 6 sind in einem gemeinsamen Gehäuse --50-- ein als Überlaufgerät gebauter Durchlauferhitzer --51-- und ein als Druckgerät gebauter Durchlauferhitzer--52-untergebracht. Für das Gerät ist an der Rückseite ein normaler Wasserleitungsanschluss und überdies ein Warmwasserleitungsanschluss vorgesehen. Diese Anschlüsse sind ebenso wie die Anschlüsse der beiden
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52--Rohr --57-- verbunden, so dass bei öffnen des Absperrorgans --54-- das im Erhitzer-51erwärmte Wasser bei --57-- austritt. Der Erhitzer --52-- ist als Druckgerät ausgebildet, steht also dauernd unter Leitungsdruck.
Von einer von ihm wegführenden und über eine Warmwasserleitung zu verschiedenen Zapfstellen führenden Leitung zweigt das Absperrorgan --56-- ab, das bei seinem öffnen auch dem im Erhitzer--52--, der bei der Wasserentnahme eingeschaltet wird, erwärmten
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Badewanne angebracht sein. In Abwandlung der beschriebenen Konstruktion können auch beide Durchlauferhitzer-51, 52-- als überlaufgeräte gebaut sein. Dann dienen sie nur zur Versorgung einer Zapfstelle. Bildet man beide Erhitzer als Druckgeräte aus, dann kann das Gesamtgerät unabhängig von einer Zapfstelle montiert werden und eine eine Wohneinheit versorgende Warmwasserleitung speisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Durchlauferhitzer mit in einem Isolierstoffblock vorgesehenen Durchflusskanälen, in denen zum Teil auf Tragkernen abgestützte Heizwicklungen verlegt sind und einem am Erhitzer angebrachten, aus zusammenwirkenden Schalt-und Gegenkontakten bestehenden Schalter für die Heizwicklungen, der über eine Membran, deren beide Seiten von der Durchlaufflüssigkeit beaufschlagt und vor bzw.
nach einer Drosselstelle an den Durchlaufweg angeschlossen sind, sowie über ein als Flüssigkeitsthermostat ausgebildetes temperaturempfindliches Steuerorgan betätigbar ist,
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Länge der zugeordneten Heizwendeln durchgehenden, in ihrem Querschnitt der Wendelhöhlung angepassten Stäben aus hitzebeständigem, eine glatte Oberfläche aufweisendem und zumindest im Auflagebereich der Heizwendeln elektrisch isolierendem Material bestehen, die von der Durchlaufflüssigkeit bespülten Heizwendeln im Gleitsitz auf diese Stäbe aufgeschoben sind und die
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