CN111121298A - 具有电运行的加热元件和用于阴极腐蚀防护的阳极的电加热器元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在蓄水器中使用的电加热器元件(10)，包括：金属的固定元件(20)，用于将电加热器元件(10)固定在蓄水器处；电运行的加热元件(26)；阳极(12)，用于阴极腐蚀防护；和补偿电阻元件(46)，其中加热元件(26)经由补偿电阻元件(46)与固定元件(20)和/蓄水器电接触，并且加热元件(26)和阳极(12)在空间上彼此靠近地设置在固定元件(20)处。

Description

具有电运行的加热元件和用于阴极腐蚀防护的阳极的电加热 器元件

技术领域

本发明涉及一种在蓄水器中、尤其在用于热水的蓄水器中使用的电加热器元件，所述电加热器元件具有电运行的加热元件和用于阴极腐蚀防护的阳极。

背景技术

这种电加热器元件在实践中例如用于蓄水器，如蓄水加温器。蓄水加温器用于为了个人或工业目的对水进行加温。对这种蓄水加温器的技术要求高。设备应在尽可能长的运行持续时间中满足其高效性，而不持久地影响水的质量。其应是抗腐蚀的并且与此相应地当然也在长年运行之后不出现泄漏。应能在直至100℃的水温中满足这些要求，其中水质在不同的参数、如水硬度、电导率和含盐量方面可包括宽的范围。

通常使用非合金的或低合金的钢作为用于蓄水器和尤其蓄水加温器的构造材料。因此，在与水接触时，在持续输送含氧的新鲜水的情况下，在蓄水加温器处会造成腐蚀过程。为了避免或减小这种腐蚀损害，通常对蓄水加温器内侧涂釉。在这种釉涂层的适当的实施方案中，99.9％和更高的覆盖度是可行的。然而，在涂釉中始终至少出现最小缺陷，使得釉涂层也不会百分百地防护腐蚀过程。因此，作为附加的防腐蚀措施，对涂釉的蓄水加温器通常附加地设有电镀阳极(牺牲阳极)或外加电流阳极。这种阳极通常引导穿过热水蓄水器的壁部中的开口并且固定在壁部中。这种阳极的使用用于在与电解质接触的涂釉缺陷的区域中对钢制构造材料进行阴极腐蚀防护。通过使用阳极，保护电流从阳极流动至涂釉缺陷(阴极)，所述保护电流防止腐蚀。通过蓄水加温器的结构构造以及通过阳极的设置和数量，可确保保护电流的足够的、尽可能均匀的电流分布。阳极通常安置在中央、即安置在通常圆形的、要保护的蓄水加温器的中心，借此在容器的全部表面处的电势大致具有相同值，以便能够实现在蓄水加温器之上的有利的保护电流分布。

取决于在蓄水加温器之内具有相对高温度变化的部分强烈波动的水温、由于储存容器内的不同的水位而产生的变化的压差、因阴极腐蚀防护产生的电化学过程还有对温水蓄水器的水的饮用水卫生的极高要求，对加热元件的材料、阳极的材料和这两个元件相对于蓄水加温器的连接/密封提出非常高的多重要求。

作为用于电加热器元件的加热元件的构造材料，通常使用铜或铜合金，如黄铜。同样地使用不锈钢。但通过使用金属导电的加热元件，不利地影响保护电流在蓄水器上的分布，因为通常因构造在蓄水器的壁部之上造成阳极和加热元件之间的电接触。如果阳极在空间上靠近加热元件，那么阳极首先保护加热元件而不是涂釉中的缺陷部位，因为加热元件作为外部阴极出现。为了避免这种情况并且确保有利的保护电流分布，阳极通常远离加热元件安置，例如以距加热元件大约30cm至50cm的间距。其缺点为：对此通常在蓄水器中必须存在两个单独的、彼此间隔开的开口。这意味着附加的构造耗费并且提高制造成本。

发明内容

基于上述内容，本发明的目的是：提供具有阳极的电加热器元件，所述电加热器元件是尤其紧凑的并且能够实现对蓄水器的有效的腐蚀防护。

所述目的通过权利要求1的主题来实现。优选的改进方案在从属权利要求中提出。

因此，根据本发明，提出一种用于在蓄水器中使用的电加热器元件，其包括：金属的固定元件，用于将电加热器元件固定在蓄水器处；电运行的加热元件；阳极，用于阴极腐蚀防护；和补偿电阻元件。在此提出：加热元件经由补偿电阻元件与固定元件和/或蓄水器电接触，并且加热元件和阳极在空间上彼此靠近地设置在固定元件处。

因此，本发明的一个主要方面是：阳极和加热元件共同地并且在空间上彼此靠近地设置在固定元件处。令人惊讶地，阳极与加热元件在空间上靠近没有造成较小的腐蚀防护。固定元件能够实现将电加热器元件固定在蓄水器处，尤其固定在蓄水器的壁部中。电加热器的伸入到蓄水器内部中的管经由电势补偿电阻相对于固定元件部分地绝缘，牺牲阳极电绝缘地穿过固定元件向外穿引。通过在阳极和加热元件之间空间上靠近，固定元件的膨胀小。因此，由于固定元件的膨胀小，在蓄水器中也仅需要一个小的安装开口。因此，根据本发明，可以弃用大的开口，所述大的开口于是例如必须借助昂贵的且构造耗费的法兰连接件来堵住。此外也不需要：必须对于阳极和加热元件分别在蓄水器的壁部中存在两个自身的开口。固定元件的膨胀优选在3cm和20cm之间。

本发明的另一主要的方面在于：加热元件经由补偿电阻元件与固定元件和/或蓄水器导电连接。弃用补偿电阻元件会造成加热元件和蓄水器或固定元件之间的短路。作为其结果，阳极对于涂釉的蓄水器的阴极防护作用大幅度减小。相反地，在补偿电阻元件中正确分配的电阻的情况下，加热元件部分地包括到蓄水器的阴极防护中，由此在例如铜质的电加热器元件处抑制曾经所谓的电流溢出腐蚀，另一方面——因为更负的阴极——改进在涂釉的容器处的阴极防护电势。通过蓄水器的改进的壁电势，确保有利的腐蚀防护，尤其对于具有小电导率的水的有利的腐蚀防护。此外，通过电加热器元件的构造，减小保护电流，这在牺牲阳极的情况下引起阳极使用寿命的提高。为了即使在加热元件经由补偿电阻元件与固定元件电接触的情况下也能够实现对于蓄水器的腐蚀防护，这涉及金属的固定元件。固定元件优选由铜合金、如黄铜构成。原则上不锈钢也是可行的。

这样构造的电加热器元件于是尤其适合于在蓄水器中使用，例如在蓄水加温器中使用。通过电加热器元件的构造，改进蓄水器的阴极防护并且保护电流减小。根据本发明的电加热器元件的构造尤其紧凑并且为了安装在蓄水器处，在蓄水器的壁部中仅需要一个开口、优选为套口或法兰。

将阳极与加热元件在空间上靠近理解成在阳极和加热元件之间存在如下间距，所述间距处于几毫米至几厘米的范围中。尤其地，将此理解成在1mm至50mm之间的间距。

就本发明意义而言的阳极包括任意的腐蚀防护阳极，如由镁合金或铝合金构成的牺牲阳极，或外加电流阳极，所述腐蚀防护阳极用于保存液体的容器或蓄水器的阴极腐蚀防护，尤其是用于经加温的饮用水的蓄水器的阴极腐蚀防护。

就本发明的意义而言的电运行的加热元件包括任意类型的加热元件，例如加热棒、加热管或加热蛇管，所述加热元件为了对蓄水器中的水加温被供给电能。此外，也考虑如下装入件，所述装入件用于温度调整和控制，如温度探头。

根据本发明的一个优选的改进方案，固定元件具有螺纹并且可直接拧入到蓄水器中。借此，电加热器元件可以简单地安装在蓄水器的壁部中。固定元件优选具有标准化的外螺纹，所述外螺纹适合于在卫生、加热和空调工程中的旋拧，如惠氏管螺纹。例如，固定元件具有尺寸G1至G3英寸的柱形螺纹。优选地，固定元件具有尺寸G1 1/4英寸的柱形螺纹，这对应于大约41.91mm的螺纹直径。管螺纹和锥形螺纹都可以使用。

根据本发明的一个优选的改进方案，阳极包括阳极本体和与阳极本体导电连接的接触元件，其中接触元件以通过绝缘套管电绝缘的方式引导穿过固定元件。根据阳极的类型——外加电流阳极或牺牲阳极——，阳极本体可以由不同材料构成。例如，用于牺牲阳极的阳极本体可以由镁或铝制造或者用于外加电流阳极的阳极本体可以由具有混合氧化物涂层的钛制造。接触元件原则上可以以不同的方式与阳极本体连接。例如可以提出，接触元件与穿过阳极本体伸展的缆芯连接，例如借助于熔焊、钎焊和/或挤压，或者将接触元件浇注到阳极本体中。

接触元件可以构成为金属杆，所述金属杆例如具有螺纹。接触元件作为金属杆的这种设计方案可尤其简单地制造并且在牺牲阳极运行时也证实为是可简单地操作的。为了确保在蓄水器处的有利的保护电流分布，接触元件被电绝缘地引导穿过固定元件。对此，设有绝缘套管。绝缘套管例如可以作为注塑件实现，其中密封优选通过挤压配合进行。此外，绝缘套管可以构成为具有外螺纹和内螺纹的旋转件。旋转件的外螺纹例如可以是M8螺纹并且内螺纹可以是M4螺纹。

原则上可以使用外加电流阳极或牺牲阳极作为阳极。在使用牺牲阳极时，根据本发明的一个改进方案提出：牺牲阳极为了阴极腐蚀防护与固定元件和/或蓄水器导电连接。因此，在牺牲阳极和要防护的装置之间建立电接触。例如可以经由螺母与固定元件进行电连接。替选地，经由导电连接也可以建立与蓄水器的壁的电接触。借此提供如下可行性：从蓄水器外部确定阳极本体的电势，使得经由在阳极本体的电势一方和蓄水器的电势之间的电压测量，可以推断出输出的保护电流。如果所述保护电流应下降低于预设值，那么必须认定：牺牲阳极已经“消耗”并且必须更新。此外存在如下可行性：可以通过如下方式减缓牺牲阳极的消耗：即在接触元件和固定元件或蓄水器之间接入欧姆电阻。完全根据所介绍的电压测量方法，也能够实现测量在阳极和容器构造之间的绝对的保护电流，以推断出牺牲阳极的状态。

替选于使用牺牲阳极，可以使用外加电流阳极。在使用外加电流阳极时，根据本发明的一个优选的改进方案提出：接触元件为了阴极腐蚀防护(具有MMO涂层的钛阳极)而与外部电源导电连接。外加电流阳极由此持久地提供保护电流。为了调整和控制保护电流，外加电流阳极可以配设有稳压器，所述稳压器一方面与蓄水器和/或固定元件连接并且另一方面与接触元件(尤其Ti阳极)连接。

为了阳极的接触元件与固定元件绝缘，设有绝缘套管。原则上，绝缘套管可以由任意绝缘的聚合物材料制造。根据本发明的一个优选的改进方案提出：绝缘套管至少部分地由交联的聚乙烯制造。此外，绝缘套管也可以仅由交联的聚乙烯制造。使用交联的聚乙烯(PE-X)具有多种优点。通过PE-X可以产生在接触元件和蓄水器之间的绝缘作用和产生在固定元件中的、用于接触元件的穿通开口的环形间隙之间的密封作用。由PE-X构成的材料的特征尤其在于：材料基本上根据通常公认的工程准则、即例如许可规章在卫生方面是放心的，从而适合于在蓄水器、尤其用于经加温的饮用水的蓄水器的领域中使用。

此外，PE-X具有相对于碱和酸的高的化学抗性和相对于电流影响的高的电化学抗性。在直至95℃以及短暂地也直至110℃的温度时的热学材料抗性和在蓄水器的、尤其用于经加温的饮用水的蓄水器的有关的运行条件下直至约20年的热学长期稳定性是PE-X的另一有利特性。此外，PE-X可以制造成，使得不存在完全的电绝缘，而是PE-X具有可设定的电导率。借此提供如下可行性：绝缘套管同时用作为在阳极的接触元件和固定元件之间的欧姆电阻。由此，减小牺牲阳极的输出的保护电流，由此延长牺牲阳极的使用寿命。

原则上，加热元件可以包括仅一个加热管。但是，根据本发明的一个优选的改进方案，加热元件包括温度传感器、至少一个加热管、中间件和与中间件导电连接的连接元件，其中连接元件以通过密封体电绝缘的方式引导穿过固定元件。借助于加热管，能够将蓄水器中的水加温。为了调整和/或控制温度，设有温度传感器。加热管和温度传感器优选部分地由铜或铜合金、如黄铜构成，或者由镍基合金构成。更优选地，所述加热管和温度传感器部分地由不锈钢或由涂釉的非合金钢构成。加热管可以U形地构成或者具有其他形状。优选地，加热管的直径在5mm和15mm之间，并且长度在200mm和500mm之间；但除此之外的长度也是可行的。温度传感器的直径优选地在5mm和15mm之间并且长度在150mm和350mm之间。

加热管和温度传感器为了安装的目的与中间件连接。中间件可以经由连接元件安装在固定元件处。连接元件可以是杆、螺丝或类似物。为了简单地固定，所述连接元件可以具有外螺纹。连接元件原则上可以以不同的方式与中间件连接。一个可行性在于：中间件例如具有盲孔，连接元件可以接合到所述盲孔中，其中所述盲孔具有切螺纹。为了确保在蓄水器处的有利的保护电流分布，连接元件电绝缘地引导穿过固定元件。对此，密封体将连接元件与固定元件绝缘，并且将在连接元件和固定元件之间的环形间隙密封。此外，密封体也可以将中间件与绝缘元件绝缘和密封。密封体优选由聚合物材料构成。

根据本发明的一个优选的改进方案，连接元件引导穿过补偿电阻元件并且经由补偿电阻元件与固定元件和/或蓄水器电接触。加热元件为了改进的阴极腐蚀防护经由补偿电阻元件与固定元件和/或蓄水器导电地连接。这可以通过如下方式实现：连接元件引导穿过补偿电阻元件并且经由补偿电阻元件与固定元件和/或蓄水器电接触。

在该上下文中，根据本发明的一个优选的改进方案提出：补偿电阻元件是环形的，在上侧和下侧上分别具有用于电接触的接触面并且在接触面之间在中间连接有欧姆电阻。通过环形的设计方案，连接元件可以引导穿过补偿电阻元件。通过接触面，可以在连接元件和固定元件之间建立电接触。此外，根据本发明的另一优选的改进方案提出：补偿电阻元件构成为SMD结构方式的微型化的电路板。这能够实现可靠的和生产友好的批量安装。补偿电阻元件中的欧姆电阻优选在500欧姆和1000欧姆之间，使得加热元件包含到阴极腐蚀防护中。(铜质)管元件这样结合到阴极防护回路中用于在该管元件处抑制电流溢出腐蚀。更优选地，电阻为620欧姆。

附图说明

下面根据优选的实施例参照附图示例性地阐述本发明。

在附图中示出：

图1示出根据本发明的一个优选的实施方式的电加热器元件的示意图，

图2示出根据本发明的一个优选的实施方式的图1中的电加热器元件的另一示意图，

图3示出根据本发明的另一优选的实施方式的电加热器元件的示意图，和

图4示出根据本发明的另一替选实施方式的电加热器元件的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出根据本发明的电加热器元件10的第一优选的实施方式的两个示意图。电加热器元件10具有阳极12。阳极12具有由镁构成的阳极本体14，所述阳极本体与接触元件16、在此处示出的实施例中为金属的螺纹杆18电接触。为了金属的螺纹杆18不与固定元件20直接接触，设有绝缘套管22。电加热器元件10能够借助固定元件20安装在蓄水器的壁部中。固定元件20由黄铜构成，并且为了安装的目的而具有螺纹24，在此处示出的实施例中为外螺纹，借助所述螺纹可将所述固定元件拧紧在蓄水器的壁部中。绝缘套管22构成为旋转件，由交联的聚乙烯(PE-X)构成并且具有尺寸为M8的外螺纹和尺寸为M4的内螺纹。

在固定元件20处同样安装有加热元件(经由34绝缘)。加热元件26具有U形的加热管28、温度传感器30和中间件32。温度传感器30和加热管28与中间件32连接，经由所述中间件进行在固定元件20处的固定。中间件32与固定元件20一样由黄铜构成。设有由聚合物构成的密封体34作为在固定元件20和中间件32之间的密封和绝缘。固定元件20具有未示出的中心的内孔，在此构成为螺丝38的连接元件36经由所述内孔从外部可以接合到中间件32的盲孔中。通过拧入，加热元件26朝向密封体34的方向拧紧并且相对于固定元件20密封。此外，密封体在此也用作为绝缘体。加热元件26经由两个电压接端子40被供给能量。

为了阴极腐蚀防护，阳极12的接触元件16、在此处示出的最简单的实施例中为金属的螺纹杆18经由螺母42与固定元件20接触。替选地，也可以经由导电连接件44建立与蓄水器的壁的电接触。也为了将加热元件26包含到阴极腐蚀防护中，连接元件36、在此为螺丝38经由补偿电阻元件46与固定元件20接触。补偿电阻元件46构成为具有SMD(表面贴装器件)电阻48的微型化的电路板。为了螺丝38可以引导穿过补偿电阻元件46，补偿电阻元件46环形地构成。电路板在上侧和下侧上分别具有接触面，电阻值为620欧姆。

图3示出本发明的另一实施例的剖面图。与图1和2中的实施例相比，在此处示出的实施例中，密封体34和中间件32在固定元件20的较大的区域上延伸。相应地，接触元件16、在此处示出的实施例中为金属的螺纹杆18不仅穿通固定元件20，而且也穿通中间件32和密封体34。绝缘套管22将金属的螺纹杆18也与中间件32和密封体34绝缘。

在图4中示出另一替选实施方式的剖面图。但与图3不同，接触元件16不构成为螺纹杆，而是构成为不具有螺纹的金属杆50。相应地，中间件32和绝缘套管22也匹配。中间件32在阳极12的区域中具有凸起52，所述凸起由绝缘套管22包围。绝缘套管22对此构成为注塑件。密封环54用作为在凸起52和绝缘套管22之间的密封件。在金属杆50和绝缘套管之间同样安置有两个密封环54。

附图标记列表：

10 电加热器元件

12 阳极

14 阳极本体

16 接触元件

18 螺纹杆

20 固定元件

22 绝缘套管

24 螺纹

26 加热元件

28 加热管

30 温度传感器

32 中间件

34 密封体

36 连接元件

38 螺丝

40 压接端子

42 螺母

44 导电连接件

46 补偿电阻元件

48 电阻

50 金属杆

52 凸起

54 密封环

Claims (10)

1.一种用于在蓄水器中使用的电加热器元件(10)，所述电加热器元件包括：金属的固定元件(20)，用于将所述电加热器元件(10)固定在所述蓄水器处；电运行的加热元件(26)；阳极(12)，用于阴极腐蚀防护；和补偿电阻元件(46)，

其特征在于，

所述加热元件(26)经由所述补偿电阻元件(46)与所述固定元件(20)和/或所述蓄水器电接触，并且所述加热元件(26)和所述阳极(12)在空间上彼此靠近地设置在所述固定元件(20)处。

2.根据权利要求1所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述固定元件(20)具有螺纹(24)并且能直接拧入到所述蓄水器中。

3.根据上述权利要求中任一项所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述阳极(12)包括阳极本体(14)和与所述阳极本体(14)导电连接的接触元件(16)，其中所述接触元件(16)以通过绝缘套管(22)电绝缘的方式引导穿过所述固定元件(20)。

4.根据权利要求3所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述接触元件(16)为了阴极腐蚀防护而与所述固定元件(20)和/或所述蓄水器导电地连接。

5.根据权利要求3所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述接触元件(16)为了阴极腐蚀防护而与外部电源导电地连接。

6.根据权利要求3至5所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述绝缘套管(22)至少部分地由交联的聚乙烯制造。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述加热元件(26)包括温度传感器(30)、至少一个加热管(28)、中间件(32)和与所述中间件(32)导电连接的连接元件(36)，其中所述连接元件(36)以通过密封绝缘体(34)电绝缘的方式引导穿过所述固定元件(20)。

8.根据权利要求7所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述连接元件(36)引导穿过所述补偿电阻元件(46)并且经由所述补偿电阻元件(46)与所述固定元件(20)和/或所述蓄水器电接触。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述补偿电阻元件(46)是环形的，在上侧和下侧上分别具有用于电接触的接触面，并且在所述接触面之间在其间连接有欧姆电阻(48)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电加热器元件(10)，

其特征在于，

所述补偿电阻元件(46)设置作为SMD结构方式的微型化的电路板。

Images