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Elektrischer Durchlauferhitzer Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Durchlauferhitzer mit einer allein von einem die Wassertemperatur fühlenden Thermostaten
gesteuerten Grundheizung und mit einer allein von einem im Ein- oder Auslaufrohr
angeordneten, bei größeren Zapfgeschwindigkeiten ansprechenden Wasserdruckschalter
gesteuerten Zusatzheizung, die zusammen mit der Grundheizung und dem Thermostaten
im gleichen Wasserraum untergebracht ist.
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In den Zapfpausen und bei kleinen Zapfgeschwindigkeiten verhält sich
ein derartiger Durchlauferhitzer wie ein Heißwasserspeicher, in dem das ruhende
Wasser relativ langsam aufgeheizt, das aufgeheizte Wasser auf seinem Temperaturniveau
gehalten und kleinere Wasserdurchlaufmengen für unbegrenzte Zeit erwärmt werden
können.
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Mit Hilfe der bei größeren Zapfgeschwindigkeiten ansprechenden Zusatzheizung
ist es möglich, auch Großbedarfsstellen, wie Bad und Dusche, mit Warmwasser beliebig
lange zu versorgen.
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Die aufgezeigte Zuordnung von Thermostaten und Wasserdruckschalter
zur Grund- bzw. Zusatzheizung sorgt dafür, daß bei Kleinzapfungen die volle Heizleistung
nicht eingeschaltet werden kann, so daß das Netz nicht mehr belastet wird, als für
den jeweiligen Zapffall unbedingt notwendig.
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Es sind verschiedene Heißwasserbereiter mit Grund- und Zusatzheizung,
Thermostat und Wasserdruckschalter bekannt. Diesen liegen nicht nur abweichende
Aufgaben zugrunde, sondern sie unterscheiden sich auch in der Funktionsweise, bedingt
durch bestimmte Auslegungen und Kombinationen der aufgezählten charakteristischen
Bauelemente.
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Einer dieser Heißwasserbereiter ist als überlauf-Kochendwasserspeicher
mit entsprechend kleinen Heizleistungen ausgebildet. Die Zusatzheizung besitzt dazu
noch eine kleinere Leistung als die Grundheizung und heizt gespeichertes Wasser
unabhängig von der Schaltstellung des Thermostaten lediglich vorgeheiztes Wasser
beim Zapfen von 85° C auf den Kochpunkt nach. Es liegt also weder eine Trennung
von Groß- und Kleinbedarfsstellen vor, noch ist das Einschalten der Zusatzheizung
abhängig von größeren Zapfgeschwindigkeiten zu einer für den Verbraucher unmerklichen,
aber für das E-Werk vorteilhaften Beschränkung großer Stromentnahmemengen.
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In einem anderen Fall wird durch den Wasserdruckschalter, der an einem
dem Behälter nachgeordneten kleinen, die Zusatzheizung enthaltenden Nebenbehälter
angeordnet und dem im eigentlichen Behälter angeordneten Thermostaten übergeordnet
ist, beim Zapfen die Grundheizung im Behälter abgeschaltet und die Zusatzheizung
als alleinige Heizung zwecks Nachheizen des heißen Behälterwassers eingeschaltet.
Durch diese Konstruktion sollen - wie teilweise zuvor - vornehmlich die Wärmeabstrahlungsverluste
des Behälters, dessen Wasserinhalt eine tiefere Temperatur aufweist als das gezapfte
Wasser, gering gehalten werden. Da es sich um eine große Warmwasserversorgungsanlage
handelt, ist die Zusatzheizung praktisch so groß ausgelegt wie bei Durchlauferhitzern.
Zudem wird die Zusatzheizung auch hier bei jeder einzelnen Zapfung, unabhängig von
Zapfmenge und -geschwindigkeit, zum Nachteil der E-Werke eingeschaltet.
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Weiterhin sind verschiedene gasbeheizte Heißwasserbereitungsanlagen
mit den eingangs erwähnten Merkmalen bekanntgeworden. Abgesehen davon, daß durch
das speicherbare Gas keine Energiezulieferungsprobleme wie bei Elektrizität unter
sonst gleichen Umständen aufkommen können, ist der Heißwasserspeicherteil nebst
zugehörigem Thermostat und Grundheizung zum Durchlauferhitzerteil wasserversorgungsmäßig
parallel angeordnet oder mit diesem in Reihe geschaltet.
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Im ersteren Fall kann der Thermostat die Energiezufuhr nur zur Grundheizung
und über den Wasserdruckschalter nur die Zusatzheizung im Durchlauferhitzer steuern.
Der Wasserdruckschalter liegt aber im gemeinsamen Kaltwasserzufluß und steuert zugleich
die Kaltwasserzufuhr bei größeren Zapfgeschwindigkeiten vom Speicherteil zum Durchlauferhitzer
um.
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Abgesehen davon, daß bei kleinen Heißwasserentnahmemengen mit größerer
Zapfgeschwindigkeit zunächst das im Durchlauferhitzerteil .enthaltene kalte Wasser
austritt, also das heiße Speicherwasser zur
Überbrückung bis zum
Eintreten der echten Durchlauferhitzerfunktion nicht herangezogen wird, kann wie
bei den vorher erwähnten, bekannten Heißwasserbereitern auch hier an jeder Kleinbedarfsstelle
bei voll geöffnetem Zapfventil, d. h. bei großen Zapfgeschwindigkeiten, die Zusatzheizung
zugeschaltet werden.
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Bei einer anderen Parallelschaltung von Durchlauferhitzer und Speicherteil
wird die Umsteuerung für die Kaltwasserzufuhr in Abhängigkeit von einem temperaturempfindlichen
Organ ausgelöst, welches gleich demjenigen des Thermostaten im Behälter des Heißwasserspeichers,
jedoch oben in demselben angeordnet ist. Die Heizenergiezufuhr zum Durchlauferhitzer
besorgt ein separater Wasserdruckschalter, der dem Durchlauferhitzerteil zugeordnet
und der Umsteuereinrichtung nachgeordnet ist. Der Durchlauferhitzer tritt folglich
ab einer vorbestimmten Entnahmemenge, aber auch bei Entnahme größerer Mengen mit
kleinen Geschwindigkeiten in Tätigkeit.
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Dieser Heißwasserbereiter dürfte den gestellten Anforderungen bis
auf die zwangsweise Unterteilung in Klein- und Großbedarfsstellen und die raumsparende
Zusammenlegung der Wasserräume von Durchlauferhitzer und Speicherteil gerecht werden.
Hierzu ist aber eine zusätzliche, aufwendige Wasserumsteuerungsvorrichtung mit thermischem
Antrieb Voraussetzung.
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Anders bei der Reihenschaltung von kombinierten Gas-Durchlauferhitzern
und -Speichern. Hier liegen in einem Fall die Verhältnisse so wie im ersten Abschnitt
der Beschreibungseinleitung aufgezeigt. Allerdings sind die Wasserräume des Durchlauferhitzers
und Speicherteiles auch hier nicht zusammengelegt, wie auch durch die Zuordnung
des vorgeschalteten Wasserdruckschalters und eines einzigen Heißwasserentnahmestutzens
nicht zwangsweise nach Klein- und Großbedarfsstellen unterschieden werden kann.
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Über das Leistungsverhältnis von Grund- zu Zusatzheizung bei Heißwasserbereitern,
die Durchlauferhitzer und Speicher in einem sind, ist hingegen nichts bekannt. Ausgehend
von der Erkenntnis, daß der Klein- oder Küchenbedarf jederzeit und sofort von einem
Kleinspeicher, etwa in der Größenordnung von 5 bis 81 mit einer kleinen Heizleistung
von etwa 2 kW, hingegen die Bereitung mehrerer Bäder hintereinander aber praktisch
nur mit einem Durchlauferhitzer von etwa 18 kW und mehr bewältigt werden kann, erscheint
eine Unterteilung der Heizleistung in etwa 2 kW für die Grundheizung und etwa 2
kW -I-etwa 18 kW für die Zusatzheizung sinnvoll.
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Bei Durchlauferhitzerbetrieb, also mit etwa 2 kW + etwa 18 kW, d.
h. einer Gesamtleistung von etwa 20 kW, ist aber die alleinige thermische Regelung
der etwa 2-kW-Grundheizung zur Aufrechterhaltung der Durchlauftemperatur nicht mehr
ausreichend. Verschiebt sich beispielsweise die Ansprechmenge des Wasserdruckschalters
durch selbsttätige Verstellung zu vorbestimmbar tieferen Werten (Liter pro Minute)
oder steigt die Zulaufwassertemperatur im Sommer bzw. durch künstliche Vorwärmung
wesentlich an, so kann das Durchlaufwasser trotz Abschaltung der etwa 2-kW-Grundheizung
durch den Thermostaten unerwünschterweise zum Kochen kommen. Teilweiser Trockengang
und schließlich Durchbrennen der Heizkörper sind dann nicht ausgeschlossen.
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Um diese Nachteile auszuschalten, wird empfohlen, es nicht nur bei
der thermischen Regelung der Grundheizung zu belassen, sondern auch die bei größeren
Zapfgeschwindigkeiten mit Hilfe des Wasserdruckschalters zugeschaltete Zusatzheizung
thermisch zu regeln, d. h. in diesem Fall die Gesamtleistung von etwa 20 kW in Abhängigkeit
von der Durchlauftemperatur.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der alleinige Thermostat
in einer sowohl der Grundals auch der Zusatzheizung gemeinsamen elektrischen Zuleitung
angeordnet ist.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird nicht nur eine schnellere
und hinreichende Regelung bei Durchlauferhitzerbetrieb erreicht, sondern auch, daß
eine Aufhetzung nach Ansprechen des Wasserdruckschalters bei größeren Zapfgeschwindigkeiten
nur dann erfolgt, wenn die Solltemperatur des im Ruhezustand aufgeheizten Wassers
im Durchlaufbetrieb im weiteren Verlauf des Zapfens durch Vermischen mit dem nachdrängenden
Kaltwasser unterschritten wird. Wenn also der Behälterinhalt im Ruhezustand aufgeheizt
ist, kann bei Durchlauferhitzerbetrieb, solange nicht ein wesentlicher Teil des
Behälterinhaltes verdrängt worden ist, die stärkere Zusatzheizung nicht wirksam
werden. Die Zusatzheizung wäre sonst, im Gegensatz zur weit schwächeren Grundheizung,
allein in der Lage, das vom Ruhezustand her heiße und noch im Behälter befindliche
Wasser über die Solltemperatur hinaus zumindest vorübergehend zu überhitzen.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung hat weiterhin zur Folge, daß ein das
Netz im erheblichen Maße belastendes Zuschalten der starken Zusatzheizung noch mehr
auf den wirklich unumgänglichen Bedarfsfall beschränkt wird.
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Im nachfolgenden ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, denen eine weitere vorteilhafte Ausführung
des Erfindungsgegenstandes zu entnehmen ist, näher erläutert. Es stellt dar: F i
g. 1 einen Durchlauferhitzer zur Veranschaulichung seiner Bauelemente, F i g. 2
ein zum Durchlauferhitzer gemäß F i g. 1 gehöriges elektrisches Schaltbild mit im
Dreieck angeordneten Zusatzheizkörpern nebst erfindungsgemäßer Anordnung des Thermostaten,
F i g. 3 ein elektrisches Schaltbild wie in F i g. 2, jedoch mit im Stern angeordneten
Zusatzheizkörpern. Der Durchlauferhitzer (F i g. 1 und 2) besteht im einzelnen aus
dem Behälter 1 und Flansch 2 mit einer 2-kW-Grundheizung 3, im Dreieck geschalteten
Zusatzheizkörpern 4 von zusammen 18 kW, einem Thermostat 5 und einem Sicherheitstemperaturbegrenzer
6.
Letzterer liegt in den für die Grund- und Zusatzheizkörper elektrischen
Zuleitungen R, S, T und dient als zweite, unabhängige Sicherung.
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Ein als Differenzdruckschalter ausgebildeter Wasserdruckschalter 7
mit einer das Druckgehäuse in Niederdruckkammer 8 und Druckkammer 9 teilenden Membran
10 nebst Übertragungsgestänge 11 ist niederdruckseitig über eine Leitung
12 mit einem speziellen Heißwasserentnahmestrang 13 für Großbedarf und druckseitig
über eine Leitung 14 mit dem Inneren des Behälters 1 verbunden.
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Zur Deckung des Kleinbedarfs an speziellen Zapfstellen (Küche) ist
zusätzlich zum Heißwasserentnahmestrang 13 für Großbedarf ein separater Heißwasserentnahmestrang
15 für Kleinbedarf vorgesehen. Der Wasserzulauf erfolgt über das Einlaufrohr
16,
die Entnahme über Zapfstellen 17 bzw. 18.
Der
Thermostat 5 liegt erfindungsgemäß in einer sowohl der Grundheizung 3 als auch einem
parallel zu letzterer angeordneten Steuerstrompfad 19 mit Schaltschütz 20
für die Zusatzheizkörper 4 gemeinsamen Zuleitung 21. Innerhalb des von den Zusatzheizkörpern
4 gebildeten Dreiecks sind die Heizstromkontakte 22 des Schaltschützes 20 angeordnet.
Über das übertragungsgestänge 11 werden weiter unten beschriebene Bewegungen der
Membran 10
dazu ausgenutzt, im Steuerstrompfad 19 liegende Steuerkontakte
7a zu öffnen bzw. zu schließen. Glimmlampen 23 bzw. 24 zeigen an, ob die Grundheizung
oder Grundheizung plus Zusatzheizung eingeschaltet ist. Schließlich kann über einen
mit dem Thermostaten 5 in der Zuleitueng 21 in Reihe liegenden Handschalter 25 der
Heizstrom jederzeit unterbrochen bzw. eingeschaltet werden.
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Im Ruhezustand und bei Wasserentnahme aus dem Heißwasserentnahmestrang
15 für Kleinbedarf ändert sich der Druck in der im Heißwasserentnahmestrang 13 für
Großbedarf stehenden Wassersäule nicht. Folglich kann auch der Wasserdruckschalter
7 nicht in Funktion treten, d. h. den Steuerstrompfad 19 über die Steuerkontakte
7a schließen. Das Gerät arbeitet daher in diesen beiden Fällen wie jeder andere
normale elektrische Heißwasserspeicher. Auf den vorliegenden Fall übertragen, heißt
dies, der Thermostat 5 steuert die 2-kW-Grundheizung 3 direkt.
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Wird hingegen Wasser aus dem Heißwasserentnahmestrang 13 mit größerer
Geschwindigkeit gezapft, so spricht der Wasserdruckschalter 7 durch die im Heißwasserentnahmestrang
13 bei Wasserfluß sich verändernden statischen Druckverhältnisse an und schließt
die Steuerkontakte 7a im Steuerstrompfad 19. Das Schaltschütz 20 bekommt Strom und
schließt die Heizstromkontakte 22 für die Zusatzheizkörper 4. Es fließt aber nur
ein Strom durch die Zusatzheizkörper 4, wenn auch gleichzeitig der Thermostat
5
sich im Einschaltzustand befindet. Dies wird nur dann der Fall sein, wenn
der Behälterinhalt vor der Zapfung nicht bis zur Solltemperatur aufgeheizt war oder
so viel Wasser im überlaufverfahren entnommen wird, daß durch das nachströmende
Kaltwasser die Temperatur des Behälterinhaltes erheblich absinkt.
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Der Wasserdruckschalter 7 ist zweckmäßigerweise so eingestellt, daß
derselbe bei Wasserentnahme aus dem Heißwasserentnahmestrang 13 für Großbedarf erst
bei etwa 5 bis 6 1/min anspricht, damit nicht bei jeder kleinen Zapfung aus dem
Heißwasserentnahmestrang 13 für Großbedarf die Zusatzheizung von 18 kW zugeschaltet
wird. Diese Maßnahme stellt auch insofern keine Beschränkung für den Verbraucher
dar, weil der darunterliegende Bedarf praktisch als Kleinbedarf zu werten ist und
vom aufgeheizten Behälterinhalt gedeckt werden kann.
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Für den Fall, daß der Thermostat 5 und Wasserdruckschalter 7 aus unvorhergesehenen
Gründen einmal nicht abspalten sollten, spricht der (auf eine höhere Schalttemperatur
als der Thermostat 5 eingestellte) Sicherheitstemperaturbegrenzer 6 an, der die
jeweils eingeschaltete Heizleistung abschaltet.
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Bei der Schaltung gemäß F i g. 3 liegen sinngemäß die gleichen Verhältnisse
vor wie in F i g. 2. Hier sind nur die Zusatzheizkörper im Stern geschaltet und
die Heizstromkontakte 22 jeweils in die Sternverbindungen.