Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten." Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung znm Eiwä.rmen von Flüssigkeiten, die einen Flüssigkeitsbehälter mit Zu- und Ablauflei tungen, einen elektrischen Heizwiderstand im Innern des Behälters und einen thermisch ;
gesteuerten Schalter im Stromkreis des Heiz- widerstandes hat, der bei einer Temperatur <B>.</B> schaltet, die höher liegt als dieje-ni ae, bei <B>z</B> -tiis <B>e2</B> n (ler der Widerstand wieder eingeschaltet tvird. Derartige Vorrichtungen sind sowohl in Form von Boilern als auch in Form von Durchlauferhitzern bekannt.
Elektrische Boiler dieser Art haben sich für die Warmwasserversorgung von Haus halten in grossem Umfange durchgesetzt, wo bei eine verhältnismässig grosse Wassermenge @lureli einen elektrischen Widerstand in einer Zeit aufgeheizt wird, die lang ist gegenüber der Zeit, in der das Wasser verbraucht wird. Die Regelung des Heizstromes erfolgt dabei vielfach durch einen thermisch gesteuerten Schalter, der bei einer bestimmten Tempe ratur, z. B. 80 C, den Strom abschaltet und ihn bei einer etwas niedrigeren Temperatur, z. B. bei 75 C, wieder einschaltet.
Elektrische Durchlauferhitzer haben sieh, obwohl sie ebenfalls schon seit über vierzig Jahren be kannt sind, noch nicht in diesem Masse für die Haushaltversorgung durchsetzen können, weil sie noch immer Nachteile besitzen, die nicht behoben werden konnten. Bei den Durchlauferhitzern erfolgt die Steuerung des Heizstromes in der Regel durch vom Wasser- druck betätigte Schalter, eine Einrichtung, die sich bei gasbeheizten Durchlauferhitzern bewährt hat.
Elektrische Durchlauferhitzer haben ein sehr viel geringeres Fassungsvermögen für Wasser als -die oben erwähnten Boiler, damit das Wasservolumen möglichst schnell auf eine möglichst hohn Temperatur gebracht wird.
Gemäss der Erfindung ist bei der eingangs erwähnten Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten das Verhältnis der vom Heiz- widerstand aufgenommenen elektrischen Lei stung, gemessen in kW, zu dem Flüssibkeits- volumen des Behälters, gemessen in Litern, grösser als eins und liegt vorzugsweise etwa zwischen 4 und B. Als Heizkörper wird vor zugsweise einer mit einem ,den Heizdraht kon zentrisch umgebenden Metallmantel verwen det, wobei der Raum zwischen diesem Metall mantel und dem Heizdraht durch Isolierstoff unter mögliehster Ausschaltung von Luft aus gefüllt ist.
Eine bekannte Art solcher Heiz körper sind Backerstäbe. Vorteilhaft sind vor allem solche Heizkörper, bei denen der Wärmewiderstand zwischen Heizdraht und Mantel möglichst. gering ist. Je geringer die ser Widerstand ist, je: besser also die Wärme des Heizwiderstandes abfliesst, je grösser kann das obengenannte Verhältnis gemacht werden; es kann im günstigen Falle bei 8 liegen. Die Erfindung kann bei verschiedenen Arten von Vorrichtungen zum Erwärmen von Flüssigkeiten angewendet werden. Im fol genden wird regelmässig von der Erwärmung von Wasser gesprochen; das ist aber nicht im einschränkenden Sinn gemeint.
Als Anwen dungsbeispiele der Erfindung werden im fol genden eine Vorrichtung, bei welcher die Wasserentnahme lediglich :durch Steuerung des Wasserzuflusses geregelt wird, sowie eine Einrichtung beschrieben, bei der der Aus fluss unmittelbar gesteuert wird, so dass die Vorrichtung unter dem Leitungsdruck steht, wenn kein Wasser entnommen wird.
In der beiliegenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch das erste Beispiel, bei welchem der Abfluss durch Regelung des Zulaufs gesteuert wird, und Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vor richtung, bei welcher der Abfluss unmittelbar geregelt wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 besitzt einen Wasserbehälter 1, .der durch einen Deckel 14 dicht abgeschlossen wird. Der Behälter 1 ist mit einem Einflussstutzen 10 und mit einem Ausflussstutzen 9 versehen. Der Ausfluss erfolgt durch ein in den Stutzen 9 ein gesetztes, in den Behälter 1 ragendes Rohr 6. Die Stutzen 10 und 9 münden in eine einzige Armatur, die einen Auslaufstutzen 13 und einen Einlaufstutzen 11 zum Zulauf 10 be sitzt.
Durch Öffnen des Ventils 12 fliesst somit Wasser von der Wasserleitung durch den Einlaufstutzen 11, den Zuflussteil 10 in den Behälter 1 und aus dem Behälter durch das Rohr 6, den Ausflussteil 9 zum Auslauf stutzen 13.
Im Behälter 1 liegt eine Heizschlange 2 aus Backerrohr. Das eine Ende des Heiz drahtes der Heizschlange 2 ist mit der Ein gangsklemme eines zweipoligen Handschal ters 7, das andere Ende des Heizdrahtes mit einem Quecksilberkippschalter 5 verbunden, das anderseits mit der andern Klemme des zweipoligen Schalters 7 verbunden ist. Die beiden andern Klemmen des Handschalters 7 liegen am Netz. Falls der Sehalter ein- geschaltet wird, fliesst somit Strom vom Schalter 7 durch das Backerrohr 2, durch den Quecksilber-Kippsehalter 5 und zum Schalter 7 zurück.
Im Behälter 1 liegt ferner ein thermiseher Fühler 3, der an seinem obern Ende eine Vor richtung zum Kippen des Quecksilberschal ters 5 besitzt und dessen Kippstellung durch eine Stellschraube 4 eingestellt werden kann.
Die ganze Vorrichtung wird umgeben von einem Mantel 8, der als Wärmeisoliermantel ausgebildet sein kann. Zwischen dem Behälter 1 und dem Mantel 8 kann auch eine Wärme isolierung angeordnet. werden.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermassen: Wenn das Ventil 12 geöffnet wird, fliesst Wasser durch den Einlaufstutzen 11 in das Gefäss und durch den Auslaufstutzen 13 wieder ab. Eine Erwärmung dieses Wassers findet nur dann statt, wenn der Schalter 7 so betätigt wird, dass das Backerrohr 2 an die Netzspannung gelegt ist. Nach Ein schalten des Schalters 7 erhitzt. sich das im Behälter 1 befindliehe Wasser in sehr kurzer Zeit.
Sobald das Wasser eine Temperatur oberhalb einer bestimmten Temperatur hat, die durch die Stellschraube 4 eingestellt wird, kippt der Quecksilbensehalter 5 und schaltet den Strom aus. Sobald die Temperatur des Wassers auf eine bestimmte niedrigere Tem peratur sinkt, kippt der Quecksilbersehalter 5 wieder zurück und schaltet den Strom wie der ein. Die Vorrichtung erwärmt also, ähn lich wie ein Boiler, Wasser auf eine vorbe stimmte Temperatur. Die Temperatur, bei der der Quecksilberschalter ausschaltet, wird so festgelegt, dass ein Kalkansatz nicht ein treten kann.
Es empfiehlt sich eine Fest legung auf etwa. 65 C. Als Wiedereinsehalt- temperatur empfiehlt sich eine Temperatur, die um mindestens 10 bis 20 C niedriger liegt, damit das Gerät nicht zu häufig arbei ten muss, wenn es lediglich als Boiler benutzt wird. Je nach den Bedürfnissen kann aber die Einstellung auch anders gewählt werden.
Wenn das Ventil 12 geöffnet und der Schalter 7 eingeschaltet ist, so erzeugt die Vorrichtung Wasser von der eingestellten Maximaltemperatur, sofern eine Wasser menge entnommen wird, die eine bestimmte Grenze nicht überschreitet. Man kann durch Wahl oder Einstellung des Ventils 12 dafür sorgen, dass diese Grenze der Wasserent nahme nie überschritten wird. In vielen Fäl len ist es aber durchaus erwünscht., dass man grössere Wassermengen bei entsprechend nie drigerer Temperatur entnehmen kann. Das ist bei der Vorrichtung möglich, wenn man die Entnahme von Wasser in Mengen zulässt, die oberhalb der genannten Grenze liegen.
Das Ventil 12 kann statt im Einlauf auch im Auslauf liegen. In diesem Falle liegt der Wasserbehälter 1 unter dem Druck der Was serleitung. Im übrigen ändert sich aber da durch nichts. Die Installation der Vorrich tung ist vorzugsweise derart, dass für die regelmässige Entnahme von kaltem Wasser ein besonderer Wasserhahn angebracht ist.
Damit nicht nach dem Schliessen des Ven tils 12 das Wasser durch die im Heizkörper 2 noch enthaltene Wärme zu hoch erhitzt wird, empfiehlt es sich, Heizkörper zu, benutzen, bei denen das Wärmeableitungsvermögen zwischen elektrischem Widerstandsdraht und Mantel sehr gut ist. Dieses Wärmeableitungs- vermögen bestimmt. das Verhältnis von elek trischer Heizenergie und Wasservolumen.
Das Verhältnis soll somit dem Wärmeablei- tungsvermögen der Heizdrahtummantelung angepasst sein und vorzugsweise zwischen 4 und 8 liegen; es kann bei besonders gutem Wärmeleitungsvermögen der Heizdrahtum- mantelung auch höher liegen.
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig.1. vor allem dadurch, dass zwei in Reihe liegende Thermostate 29/31 und 36/35 vor handen sind, von denen der eine, 36/35, bei einer maximalen Wassertemperatur ausschal tet, während der andere, 29/31, bei einer mini malen Wassertemperatur einschaltet und der Fühler 29 des letztgenannten thermosta- tischen Schalters im Einlauf des Wasser behälters liegt.
Im einzelnen besteht die Vorrichtung aus einem Flüssigkeitsgefäss 21 mit einem Deckel 22, einem mit der Wasserleitung verbundenen Wassereinlauf 24 und einem Wasserauslauf 25, der mit einem bis kurz unter den Deckel 22 ragenden Rohr 26 verbunden ist, so dass das auslaufende Wasser stets nur dem obern Teil des Behälters entnommen wird. Der Ein lauf 24 und der Auslauf 25 sind durch Ven tile 23 bzw. 34 absperrbar.
Der Einlauf 24 ist mit einem Rohr 27 verbunden, das von einem Rohr 28 ummantelt ist, in dem ein Stab 29 als Fühler des genannten Thermostaten 29/31 liegt, so dass das eintretende Wasser die ganze Länge des Thermostatenfühlers 29 um spült, nach oben bis kurz unter den Deckel 22 und dann zwischen den Rohren 27, 28 nach unten läuft, bevor es in das Innere des Behälters 21 eintritt. Dadurch wird sicher gestellt, dass der Thermostatenfühler 29 beim Einlassen von Leitungswasser auf :die Lei tungswassertemperatur abgekühlt wird.
Ein Backerrohr 30 liegt im Innern des Behälters 21. Seine Enden sind im Deckel 22 fest geschraubt. Das eine Ende des Heizdrahtes des Backerrohres ist mit einer Klemme eines Quecksilberkippschalters 31, das andere Ende des Heizdrahtes des Backerrohres 30 ist mit der Klemme des zweiten Kippsehal- ters '3'5 verbunden, das durch den 'Thermo staten 316/35 gesteuert wird, dessen Fühler 36 im Wasserbehälter 211 frei hängt. Die beiden andern Klemmen der beiden Quecksilber kippschalter werden mit dem Netz verbun den.
Der Kippschalter 31 wird unter Einfluss des Thermost:at.enfühlers 29 gekippt, und zwar derart, dass der Strom eingeschaltet wird, wenn die Temperatur unter die Maxi maltemperatur sinkt, welche das Wasser der Wasserleitung im .Sommer haben kann. Der Thermostat wird also z. B. so eingestellt, dass er nur bei einer Temperatur von 20 C ein schaltet und dass er bei einer höheren Tempe ratur, z. B. bei 40 C, ausschaltet. Der Thermo stat für den andern Quecksilberkippschalter 35 ist derart eingestellt, dass das Rohr den Stromkreis öffnet, wenn eine Temperatur von 6'5 C erreicht wird und den ;Stromkreis wieder schliesst, wenn die Temperatur auf 62 C- sinkt.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermassen: Falls das Auslassventil 23 geschlossen bleibt, so schliesst der Kippschalter 31 den Stromkreis, wenn die Wassertemperatur unter 2100 C liegt; der andere Kippschalter schliesst ebenfalls den Stromkreis, da die Wasser temperatur unter 650 C liegt. Der Strom fliesst somit durch das Baekerrohr 30 und erwärmt das Wasser. Sobald das Wasser die Temperatur von 40 C erreicht hat, schaltet der Kippschalter<B>31</B> den Strom ab und schaltet erst wieder e=in, sobald die Tempe ratur auf 20 C gesunken ist.
Beim Öffnen des Auslassventils 23 (das Ventil 34 ist offen) erhält man also zunächst leicht angewärmte Wasser, wobei man die untere Grenze der Anwärmtemperatur statt auf 200C beliebig höher legen kann.
Sobald man das Auslass ventil 23 weiter öffnet, dringt kaltes Lei tungswasser in das Rohr 27 ein und kühlt den Thermostatenfühler 29 auf eine Tempe ratur unter 200 C ab, so dass der Kippschalter c ,1 sofort den Strom einschaltet, der wäh- rend der ganzen Dauer der Entnahme einge schaltet bleibt.
Wenn die Wassertemperatur 650 C erreicht, schaltet der Kippschalter 35 den Strom aus und schaltet ihn wieder ein, sobald die Wassertemperatur unter 620 C sinkt. Man erhält also jetzt Wasser von einer Temperatur, die zwischen 62 und 650 C Liegt.
In der Zeichnung sind ausser dem Bak- kerrohr 30 noch Backerrohrwindungeri 32 und 33 dargestellt. Jede dieser Windungen 30, 32 und 3:3 liegt an den drei Phasen eines Drehstromnetzes. Quecksilberkippschalter kön nen für jede. dieser drei Windungen ange ordnet sein; es genügt aber in der Regel bei Sternschaltung, für alle Windungen ein Paar Kippschalter zu verwenden.
Device for heating liquids. "The invention relates to a device znm Eiwä.rmen of liquids, which lines a liquid container with inlet and outlet lines, an electrical heating resistor inside the container and a thermal;
controlled switch in the electrical circuit of the heating resistor, which switches at a temperature <B>. </B> that is higher than that, at <B> z </B> -tiis <B> e2 </ B> n (when the resistance is switched on again. Devices of this type are known both in the form of boilers and in the form of flow heaters.
Electric boilers of this type have become widely accepted for supplying hot water to households, where a relatively large amount of water @lureli heats an electrical resistor in a time that is long compared to the time in which the water is consumed. The control of the heating current is often done by a thermally controlled switch, the temperature at a certain Tempe, z. B. 80 C, turns off the power and it at a slightly lower temperature, z. B. at 75 C, switches on again.
Electric water heaters have not been able to establish themselves to this extent for household supply, although they have also been known for over forty years, because they still have disadvantages that could not be remedied. With the instantaneous water heaters, the heating current is usually controlled by switches actuated by the water pressure, a device that has proven itself in gas-fired instantaneous water heaters.
Electric instantaneous water heaters have a much smaller capacity for water than the boilers mentioned above, so that the water volume is brought to the lowest possible temperature as quickly as possible.
According to the invention, in the above-mentioned device for heating liquids, the ratio of the electrical power consumed by the heating resistor, measured in kW, to the liquid volume of the container, measured in liters, is greater than one and is preferably approximately between 4 and B. The radiator is preferably one with a, the heating wire kon centrically surrounding metal jacket verwen det, the space between this metal jacket and the heating wire is filled by insulating material with the possible elimination of air.
A known type of such heating body are backer rods. Those radiators in which the thermal resistance between the heating wire and the jacket is as good as possible are particularly advantageous. is low. The lower this resistance is, the better the heat of the heating resistor flows away, the greater the above ratio can be made; in the best case it can be 8. The invention can be applied to various types of devices for heating liquids. In the fol lowing, we regularly speak of the heating of water; but this is not meant in a limiting sense.
As application examples of the invention in the fol lowing a device in which the water withdrawal is only: is regulated by controlling the water flow, and a device in which the flow is directly controlled so that the device is under the line pressure when none Water is removed.
In the accompanying drawings: FIG. 1 shows a vertical section through the first example in which the outflow is controlled by regulating the inflow, and FIG. 2 shows a longitudinal section through the device in which the outflow is directly regulated.
The device according to FIG. 1 has a water container 1, which is tightly closed by a cover 14. The container 1 is provided with an inlet connection 10 and an outflow connection 9. The outflow takes place through a pipe 6 which is set in the nozzle 9 and protrudes into the container 1. The nozzles 10 and 9 open into a single fitting that has an outlet nozzle 13 and an inlet nozzle 11 to the inlet 10.
By opening the valve 12, water flows from the water line through the inlet connection 11, the inflow part 10 into the container 1 and out of the container through the pipe 6, the outflow part 9 to the outlet connection 13.
In the container 1 is a heating coil 2 made of backer pipe. One end of the heating wire of the heating coil 2 is connected to the input terminal of a two-pole manual switch 7, the other end of the heating wire with a mercury toggle switch 5, which is connected to the other terminal of the two-pole switch 7 on the other. The other two terminals of the hand switch 7 are connected to the mains. If the Sehalter is switched on, current flows from the switch 7 through the backer pipe 2, through the mercury tilting holder 5 and back to the switch 7.
In the container 1 there is also a thermal sensor 3, which has a device for tilting the Mercury switch 5 at its upper end and the tilt position can be adjusted by a screw 4.
The whole device is surrounded by a jacket 8 which can be designed as a heat insulating jacket. A heat insulation can also be arranged between the container 1 and the jacket 8. will.
The device works as follows: When the valve 12 is opened, water flows through the inlet connection 11 into the vessel and through the outlet connection 13 again. This water is only heated when the switch 7 is operated so that the backer pipe 2 is connected to the mains voltage. After switching on the switch 7 heated. the water in the container 1 is in a very short time.
As soon as the water has a temperature above a certain temperature, which is set by the adjusting screw 4, the mercury holder 5 tilts and switches off the power. As soon as the temperature of the water drops to a certain lower temp, the mercury holder 5 tilts back again and switches the electricity on again. The device thus heats, similar to a boiler, water to a certain temperature vorbe. The temperature at which the mercury switch switches off is set so that limescale cannot build up.
It is advisable to set it to around. 65 C. A temperature that is at least 10 to 20 C lower is recommended as the re-maintenance temperature so that the device does not have to work too often when it is only used as a boiler. Depending on the needs, the setting can also be selected differently.
When the valve 12 is open and the switch 7 is switched on, the device generates water from the set maximum temperature, provided that an amount of water is taken that does not exceed a certain limit. By choosing or setting the valve 12, you can ensure that this limit of water removal is never exceeded. In many cases, however, it is absolutely desirable that larger amounts of water can be withdrawn at a correspondingly lower temperature. This is possible with the device if the withdrawal of water is permitted in amounts which are above the stated limit.
The valve 12 can be located in the outlet instead of in the inlet. In this case, the water tank 1 is under the pressure of the water line What. Otherwise nothing changes there. The installation of the device is preferably such that a special tap is attached for the regular withdrawal of cold water.
So that not after closing the Ven valve 12, the water is heated too high by the heat still contained in the radiator 2, it is advisable to use radiators in which the heat dissipation between the electrical resistance wire and the jacket is very good. This heat dissipation capacity is determined. the ratio of electrical heating energy and water volume.
The ratio should therefore be adapted to the heat dissipation capacity of the heating wire jacket and should preferably be between 4 and 8; it can also be higher with particularly good thermal conductivity of the heating wire sheathing.
The arrangement shown in FIG. 2 differs from the arrangement according to FIG. mainly because there are two thermostats 29/31 and 36/35 in series, one of which, 36/35, switches off at a maximum water temperature, while the other, 29/31, at a minimum water temperature switches on and the sensor 29 of the last-mentioned thermostatic switch is in the inlet of the water tank.
In detail, the device consists of a liquid container 21 with a lid 22, a water inlet 24 connected to the water line and a water outlet 25 which is connected to a pipe 26 that protrudes just below the lid 22, so that the outflowing water is always only the upper one Part of the container is removed. The A run 24 and the outlet 25 can be shut off by valves 23 and 34, respectively.
The inlet 24 is connected to a pipe 27 which is encased by a pipe 28 in which a rod 29 is located as a sensor of the said thermostat 29/31, so that the entering water washes the entire length of the thermostat sensor 29 to, up to runs briefly under the cover 22 and then down between the tubes 27, 28 before it enters the interior of the container 21. This ensures that the thermostat sensor 29 is cooled down when tap water is admitted to: the pipe water temperature.
A backer pipe 30 lies in the interior of the container 21. Its ends are screwed firmly into the cover 22. One end of the heating wire of the backer tube is connected to a clamp of a mercury toggle switch 31, the other end of the heating wire of the backer tube 30 is connected to the clamp of the second tilt holder '3'5, which is controlled by the' thermostat 316/35, whose sensor 36 hangs freely in the water tank 211. The other two terminals of the two mercury toggle switches are connected to the mains.
The toggle switch 31 is tilted under the influence of the thermostat: at.ensensor 29, in such a way that the current is switched on when the temperature drops below the maximum painting temperature, which the water in the water pipe can have in summer. The thermostat is so z. B. set so that it only turns on at a temperature of 20 C and that it temperature at a higher Tempe, z. B. at 40 C, turns off. The thermostat for the other mercury toggle switch 35 is set in such a way that the tube opens the circuit when a temperature of 6'5 ° C is reached and the circuit closes again when the temperature drops to 62 ° C.
The device works as follows: If the outlet valve 23 remains closed, the toggle switch 31 closes the circuit when the water temperature is below 2100 C; the other toggle switch also closes the circuit, as the water temperature is below 650 C. The current thus flows through the Baeker pipe 30 and heats the water. As soon as the water has reached a temperature of 40 C, the toggle switch <B> 31 </B> switches off the power and only switches on again as soon as the temperature has dropped to 20 C.
When the outlet valve 23 is opened (the valve 34 is open), slightly warmed water is initially obtained, whereby the lower limit of the heating temperature can be set any higher than 200C.
As soon as the outlet valve 23 is opened further, cold tap water penetrates into the pipe 27 and cools the thermostat sensor 29 to a temperature below 200 ° C., so that the toggle switch c, 1 immediately switches on the current, which during the whole Duration of the withdrawal remains switched on.
When the water temperature reaches 650 ° C, the toggle switch 35 turns the power off and turns it on again as soon as the water temperature drops below 620 ° C. So you now get water at a temperature between 62 and 650 C.
In addition to the backer tube 30, backer tube windings 32 and 33 are also shown in the drawing. Each of these turns 30, 32 and 3: 3 is connected to the three phases of a three-phase network. Mercury toggle switches can be used for each. these three turns be arranged; however, it is usually sufficient for star connection to use a pair of toggle switches for all windings.