-
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem druckfesten Durchlauf-Flüssigkeitserhitzer
mit wenigstens einem, für sich allein austauschbaren, hochbelastbaren, elektrischen
Heizeinsatz mit blank in der Flüssigkeit einer geraden, isolierenden Flüssigkeitsführung
liegenden, um eine gerade Mittellinie gewendelter Heizwendel. Eine derartige Heizwendel
ist sehr empfindlich gegen überhitzungen, die beispielsweise dann auftreten können,
wenn sich im Flüssigkeitsstrom eine Luftblase befindet. Es besteht daher die Gefahr,
daß eine solche Heizwendel beim Zusammentreffen unglücklicher Umstände durchbrennt.
Diese Gefahr ist um so größer, je höher die Heizwendel thermisch belastet ist. Bei
Flüssigkeitsdurchlauferhitzern, wie sie zur Wassererwärmung im Haushalt benutzt
werden, ist eine hohe thermische Belastung der Heizwendel unumgänglich, um die Flüssigkeitsdurchlauferhitzer
klein gestalten zu können. Bei derartigen Flüssigkeitsdurchlauferhitzern läßt sich
daher das gelegentliche Durchbrennen einer Heizwendel nicht vermeiden. Deshalb besteht
ein Bedürfnis nach einem Flüssigkeitserhitzer eines elektrischen Flüssigkeitsdurchlauferhitzers
mit leicht für sich allein austauschbarem, hochbelastbarem, elektrischem Heizeinsatz
mit blank in der Flüssigkeit liegender Heizwendel.
-
Es sind verschiedene Heizeinsätze mit blanken Heizwendeln bekannt.
Bei einem dieser Heizeinsätze (deutsche Auslegeschrift 1124 165) läßt sich
zumindest vom Laien oder von ungeschultem Personal die Heizwendel allein nicht auswechseln,
sondern höchstens die Heizwendel zusammen mit einem Wasserführungen und die Heizwendel
enthaltenden Keramikformteil. Außerdem müssen beim Einsetzen dieses Heizeinsatzes
elektrische Anschlüsse durch ein Behälterverschlußteil geführt werden, wenn nicht
dieses auch noch mit ausgewechselt werden soll.
-
Ein anderer Heizeinsatz mit blanken Heizwendeln (deutsche Auslegeschrift
1106 004) ist so gestaltet, daß beim alleinigen Auswechseln der Heizwendel
in der Flüssigkeit liegende elektrische Anschlüsse hergestellt werden müssen. Zumindest
vom Laien kann nicht erwartet werden, daß er diese in der Flüssigkeit liegenden
und daher besonders gefährdeten elektrischen Anschlüsse sachgemäß herstellt. Wird
dagegen nicht nur die Heizwendel sondern auch das die Heizwendel tragende Kunststoffteil
dieser Anordnung ausgewechselt, so wird das Auswechseln sehr kostspielig, da dieses
Kunststoffteil eingefräste Kanäle enthält und daher teuer ist.
-
Schließlich ist ein für sich allein austauschbarer, elektrischer Heizeinsatz
mit blank in der Flüssigkeit einer geraden, isolierenden Flüssigkeitsführung liegender,
um eine gerade Mittellinie gewendelter Heizwendel bekannt, der aus einem Isolierstoffstab
besteht, um welchen die Heizwendel gewickelt ist (britische Patentschrift 876 825).
Dieser Heizeinsatz hat an jedem seiner Enden einen elektrischen Anschluß. Die Zuleitung
des Stromes zu einem dieser Anschlüsse wird dadurch bewerkstelligt, daß ein an dem
Isolierstoffstab befestigter Anschlußkontakt gegen einen durch die Wand der Flüssigkeitsführung
geführten Gegenkontakt gedrückt wird. Eine derartige, in Flüssigkeit liegende elektrische
Kontaktstelle ist für einen leistungsstarken Flüssigkeitsdurchlauferhitzer, bei
welchem über eine solche Kontaktstelle weit mehr als 10 Ampere fließen können, völlig
untragbar. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Heizeinsatz in der Weise gestaltet,
so daß die von der Heizwendel erzeugte Wärme von deren Innenseite nicht abgeführt
werden kann. Die Heizwendel wird daher an ihrer Innenseite überhitzt und neigt zum
Durchbrennen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flüssigkeitserhitzer der anfangs
beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem sich ein einfacher und nahezu nur aus
der blanken Heizwendel bestehender Heizeinsatz einfach und problemlos auswechseln
läßt. Hinzu kommt noch eine weitere Forderung, welche die Erfindung erfüllen soll
und die darin besteht, daß der Flüssigkeitserhitzer kompakt gebaut ist, was insbesondere
bei Verwendung des Flüssigkeitsdurchlauferhitzers im Haushalt von Bedeutung ist.
Bei einer in einer Flüssigkeitsführung liegenden blanken Heizwendel darf die spezifische
Wärmebelastung der Flüssigkeit nicht zu groß werden, d. h. die Heizwendel darf nicht
zu eng gewickelt sein, damit sich kein Dampf entwickelt. Bei vorgegebener Heizdrahtlänge
ergibt sich daraus eine Mindestlänge für die Heizwendel. Es wäre nun denkbar, die
Heizwendellänge durch Vergrößerung des Heizwendeldurchmessers zu verringern. Dann
müßte jedoch auch die lichte Weite der Flüssigkeitsführung, in welcher die Heizwendel
liegt, vergrößert werden. Dies ist jedoch nicht möglich, weil dann im Querschnitt
der Flüssigkeitsführung gesehen, nur noch ein geringer Teil der in der Flüssigkeitsführung
befindlichen Flüssigkeit an der Heizwendel vorbeistreicht und überhitzt, d. h. in
Dampf umgewandelt wird, während der restliche Teil kalt bleibt. Dampfbildung an
derHeizwendel muß aber unter allen Umständen vermieden werden, weil sie zum sofortigen
Durchbrennen der Heizwendel führt.
-
Dieses Problem und der restliche Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß beide elektrischen Anschlüsse des Heizeinsatzes an einem von dessen Enden angeordnet
und flüssigkeitsdicht aus dem Flüssigkeitserhitzer herausgeführt sind und daß im
Inneren der Heizwendel ein elektrisch leitender, isolierter, den Flüssigkeitsdurchlaufquerschnitt
der Flüssigkeitsführung wirksam verengender Bolzen mit gegenüber der lichten Heizwendelweite
geringerem Durchmesser angeordnet ist, dessen eines Ende ebenso wie das diesem Ende
benachbarte Heizwendelende als einer der beiden elektrischen Anschlüsse des Heizeinsatzes
dient und dessen anderes Ende mit dem anderen Heizwendelende elektrisch leitend
verbunden ist.
-
Die leichte Auswechselbarkeit wird dadurch erreicht, daß beide elektrischen
Anschlüsse des Heize;nsaf7es an einen von dessen Enden angeordnet und flüssigkeitsdicht
aus dem Flüssigkeitserhitzer herausgeführt sind.
-
Dadurch wird auch vermieden, daß beim Auswechseln eines Heizeinsatzes
vom Auswechselnden in der Flüssigkeit liegende elektrische Anschlüsse herges+ellt
werden müssen. Zur Verkürzung der mit dem Heizeinsatz versehenen Flüssigkeitsführung
trägt der den Flüssigkeitsdurchlaufquerschnitt der Flüssigkeitsführung wirksam verengende
Querschnitt des Bolzens bei. Um diesen Bolzen windet sich nämlich nunmehr die Heizwendel
herum, so daß der Umfang einer Heizwendelwindung größer wird als ohne Vorhandensein
des Bolzens, wodurch sich wiederum bei deichbleibender Heizdrahtlänge die Heizwendel
verkürzt. Gleichzeitig wird durch das Vorhandensein des Bolzens der tote Raum im
Inneren der Heizwendel
ausgefüllt, so daß die Flüssigkeit zwangweise
an der im Zwischenraum zwischen dem Bolzen und der Wandung der Flüssigkeitsführung
liegenden Heizwendel vorbeigeführt wird, was zur ausreichenden Kühlung einer hoch
belasteten Heizwendel unbedingt erforderlich ist. Der Bolzen hat jedoch im Gegensatz
zu einer der vorne beschriebenen bekannten Anordnungen gegenüber der lichten Heizwendelweite
einen geringeren Durchmesser, so daß die Heizwendel nicht direkt auf dem isolierten
Bolzen aufliegt. Damit kann auch zwischen Bolzen und Heizwendel Flüssigkeit hindurchströmen
und sowohl das Heizwendelinnere als auch den Bolzen ausreichend kühlen. Der Bolzen
selbst muß nämlich auch gekühlt werden, da er bei Verwendung einer üblichen elektrischen
Isolation auch thermisch isoliert ist und daher - hervorgerufen durch den durch
ihn fließenden Strom - gegenüber der Flüssigkeit eine höhere Temperatur erreichen
wird. Diese Temperatur kann jedoch auch mit Rücksicht auf die Temperaturfestigkeit
der Isolation des Bolzens in Grenzen gehalten werden, indem der Querschnitt des
Bolzens ausreichend groß gewählt wird und indem für den Bolzen ein Material mit
ausreichender elektrischer Leitfähigkeit gewählt wird, wobei dieses Material jedoch
wiederum eine dem Bolzen eine ausreichende Steifigkeit gebende Festigkeit besitzen
muß.
-
Einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitserhitzers
entsprechend kann einer elektrolytischen Abtragung an der Verbindungsstelle des
nicht als elektrischer Anschluß dienenden Heizwendelendes mit dem Bolzen dadurch
begegnet werden, daß diese Verbindungsstelle mit einem Isolierschlauch vollkommen
wasserdicht überzogen ist.
-
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin,
daß der Bolzen zunächst mit einem Isolierstoffschlauch überzogen sein kann, um welchen
ein Glasfasermantel gelegt ist. Dadurch soll vermieden werden, daß sich bei überhitzung
der Heizwendel ein Kurzschluß zwischen Heizwendel und Bolzen einstellen kann, indem
sich die heiße Heizwendel verformt und die Isolation des Bolzens thermisch zerstört.
-
Bei bekannten Flüssigkeitsdurchlauferhitzern bestehen die Flüssigkeitsführungen
aus in Isolierstoff, beispielsweise Plexiglas, gebohrten Kanälen oder aus in Isolierstoff,
beispielsweise in Plexiglas oder Keramik eingearbeiteten Nuten, welche durch ein
zweites Isolierstoffteil abgeschlossen werden. Die erstgenannte Anordnung hat den
Nachteil, daß das Kanäle enthaltende Isolierstoffteil leicht bearbeitbar sein muß.
Die bekannten, leicht bearbeitbaren Isolierstoffe haben aber keine ausreichende
Temperaturfestigkeit, so daß sie beim Durchbrennen einer Heizwendel thermisch zerstört
oder verformt werden können. Bei Verwendung einer Anordnung, bei welcher eine Nut
in einem Isolierstoffteil durch ein zweites Isolierstoffteil verschlossen wird,
tritt der gleiche Nachteil auf, es sei denn, man verwendet als Isolierstoff hochtemperaturfeste
Isolierstoffe, wie z. B. Keramik, die. vor dem Erhärten geformt werden. Dann ergibt
sich jedoch wiederum der Nachteil, daß die Zwischenräume zwischen dem mit der Nut
versehenen Keramikteil und dem die Nut verschließenden Keramikteil nicht absolut
flüssigkeitsdicht gemacht werden können, weil sich enge Toleranzen nicht einhalten
lassen. Die Dichtigkeit der Flüssigkeitsführungen ist jedoch unbedingt erforderlich,
wenn mehrere, mit Heizwendeln versehene Flüssigkeitsführungen benachbart sind. Dann
können sich nämlich durch die Undichtigkeiten der Flüssigkeitsführungen Kriechströme
durch die Flüssigkeit von einer Heizwendel zur anderen ergeben. Diese bewirken eine
elektrolytische Abtragung des Heizwendelmaterials. Die Lebensdauer der Heizwendel
kann dadurch erheblich herabgesetzt werden. Ein weiterer Nachteil einer durch ein
zweites Isolierstoffteil verschlossenen Nut besteht darin, daß die durch die verschlossene
Nut gebildete Flüssigkeitsführung keinen Kreisquerschnitt hat, wenn man nicht auch
noch das zweite Isolierstoffteil zusätzlich bearbeiten will. Ein Kreisquerschnitt
ist jedoch erforderlich, wenn eine gleichmäßige Abfuhr der Wärme von der Heizwendel
auf die gesamte im Querschnitt der Flüssigkeitsführung enthaltene Flüssigkeit erreicht
werden soll.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung beseitigt auch diese Mängel der bekannten
Flüssigkeitsdurchlauferhitzer. Die Weiterbildung besteht darin, daß die Flüssigkeitsführung
als auswechselbare Isolierröhre gestaltet ist. Sie kann aus nicht hochtemperaturfestem
Isolierstoff bestehen. Bei thermischer Beschädigung beim Durchbrennen einer Heizwendel
kann sie dann leicht ausgewechselt werden. Die Röhre kann jedoch auch aus hochtemperaturfestem
Isolierstoff, beispielsweise Keramik, bestehen. Die Einhaltung enger Toleranzen
ist bei einer derartigen Röhre nicht nötig. Die Röhre kann jedoch auch aus leichter
herstellbaren Keramikteilen bestehen, die durch einen die Keramikteile umgebenden
und die Flüssigkeitsführung nach außen hin abdichtenden Schlauch zusammengehalten
werden. Dieser Schlauch braucht nicht hochtemperaturfest zu sein, da er mit der
Heizwendel, wenn diese sich beim Druchbrennen verformen sollte, nicht in Berührung
kommen kann.
-
Falls der Heizeinsatz durch Ungenauigkeiten nicht genau in der Achse
der Flüssigkeitsführung liegen sollte, kann es vorkommen, daß die Heizwendel auf
ihrer ganzen Länge die Wandung der Flüssigkeitsführung berührt. Dann kann es zum
Durchbrennen der Heizwendel an dieser Berührungslinie kommen. Eine Weiterbildung
der Erfindung beseitigt diese Gefahr dadurch, daß die Heizwendel konisch gegewickelt
ist, so daß sie die Wandung der Flüssigkeitsführung nur noch punktförmig mit einer
Windung berühren kann.
-
Wenn ein elektrischer Flüssigkeitserhitzer mit wenigstens einer Röhre
als Wasserführung und in der Röhre liegender, blanker Heizwendel druckfest sein
soll, besteht das Problem, die Röhre einerseits zumindest innen zu isolieren, oder
sie ganz aus Isolierstoff, der möglichst sogar noch hochtemperaturfest sein soll,
und andererseits druckfest herzustellen. Ein weiteres Problem sind die Verbindungsstellen
zwischen mehreren solcher Röhren und mit Flüssigkeitszu- und -abführungen, welche
ebenfalls druckfest sein müssen. Bei bekannten Flüssigkeitserhitzern mit in Isolierstoff
gebohrten Kanälen wird Druckfestigkeit durch große Wandstärken des Isolierstoffes
erreicht. Dies ist jedoch wegen des hohen Preises hochwertiger, leicht bearbeitbarer
Isolierstoffe teuer. Außerdem kann es leicht vorkommen, daß durch Berührung zwischen
der Heizwendel und den Kanalwänden diese beschädigt werden, wodurch das ganze teuere,
mit gebohrten Kanälen versehene Isolierstoffteil unbrauchbar ist. Schon beim Durchbrennen
einer
einzigen Heizwendel muß dann der ganze Flüssigkeitserhitzer weggeworfen werden.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung löst auch dieses Problem.
Die Lösung besteht darin, daß die Röhre in einem druckfesten Hohlkörper endet, wassertechnisch
mit dessen Innerem verbunden ist und allseitig von im Inneren befindlicher Flüssigkeit
umgeben ist. Bei einer solchen Anordnung steht die Flüssigkeit in der Röhre und
die diese umgebende Flüssigkeit unter gleichem Druck (wenn vom Staudruck abgesehen
wird), so daß die Röhre nicht druckfest zu sein braucht. Der Druck der Flüssigkeit
wird vielmehr von dem druckfesten Hohlkörper aufgefangen. Bei überhitzungen einer
Heizwendel kurz vor dem Durchbrennen bleibt der druckfeste Hohlkörper unbeschädigt.
-
Die Anordnung ist besonders dann vorteilhaft, wenn mehrere Röhren
verwendet werden, weil dann nicht all diese Röhren druckfest zu sein brauchen, sondern
lediglich der alle Röhren enthaltende Hohlkörper druckfest ausgebildet sein muß.
Der Hohlkörper kann zweckmäßigerweise der äußeren Form der in ihm befindlichen Röhre
oder Röhren angepaßt sein, indem er als rohrförmiger, einseitig durch ein Verschlußteil
abgeschlossener Behälter ausgebildet ist.
-
Damit der Behälter durch die in ihm befindliche, durch die Verwendung
einer blanken Heizwendel zum Teil unter Spannung stehende Flüssigkeit nicht selbst
auch unter Spannung steht, ist es zweckmäßig, wenn der Behälter zumindest innen
isoliert ist oder ganz aus Isolierstoff besteht. Da jedoch Isolierstoff, sofern
er sich gut bearbeiten läßt, als Material für einen druckfesten Behälter schlecht
geeignet ist, kann der Behälter einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
entsprechend entweder aus druckfestem Isolierstoff oder aus einem aus Isolierstoff
bestehenden Innenteil mit druckfestem Metallmantel bestehen. Hierbei ist die Rohrform
des Behälters besonde_s günstig, weil sich dann der ebenfalls rohrförmige Metallmantel
leicht über das aus Isolierstoff bestehende Innenteil schieben läßt.
-
Ein weherer Vorteil der Rohrform besteht darin, daß das eine E-de
des rohrförmigen Behälters abschließende Verschlußteil dem Flüssigkeitsdruck nur
eine geringe Druckfläche darbietet, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Kraft
auf das Verschlußteil ausgeübt wird und sich das Verschlußteil leicht am Behälter
befestigen läßt. Das hat wiederum den Vorteil, daß bei einer derartigen Anordnung
die benötiten Dichtungen klein gewählt werden können. Wohl am einfachsten läßt sich
der Behälter verschließen, wenn das Verschlußteil als den Hohlkörper verschließender
Stopfen ausgebildet ist, wobei zwischen dieseln und der Innenwand des Hohlkörpers
eine Ringdichtung zur Abdichtung liegt. Dieser Stopfen läßt sich auf einfache Weise
am Behälter befestigen, indem durch das Verschlußteil und die Wandungen des Hohlkörpers
und/oder des Metallmantels wenigstens ein Stift geführt ist.
-
Zweckmäßigerweise wird das Verschlußteil gleichzeitig als Halterung
für den Heizeinsatz b .nutzt, indem das mit den elektrischen Anschlüssen versehene
Ende des Heizeinsatzes flüssigkeitsdicht durch das Verschlußteil geführt ist, so
daß sich die elektrischen Anschlüsse an der vom Inneren des Hohlkörpers wegweisenden
Seite des Verschlußteiles, also außerhalb der Flüssigkeit, befinden. Dabei tritt
das Problem auf, wie das als einer der elektrischen Anschlüsse des Heizeinsatzes
dienende Heizwendelende gegenüber dem Bolzen isoliert durch das Verschlußteil hindurchgeführt
werden kann. Dies ist vorteilhafterweise dadurch möglich, daß der Bolzen vor dem
als einer der elektrischen Anschlüsse des Heizeinsatzes dienenden Ende einen Bund
besitzt und daß auf dieses Ende elektrisch gegenüber dem Bolzen isoliert und abgedichtet
eine elektrisch mit dem benachbarten Heizwendelende verbundene und als elektrischer
Anschluß dienende Metallhülse aufgeschoben ist, die mittels einer auf dem besagten
Ende aufgeschraubten und gegenüber der Metallhülse elektrisch isolierten Mutter
gegen den Bund gedrückt wird.
-
Die Zuführung des Stromes zum Bolzen kann dadurch erfolgen, daß zwischen
der genannten und einer weiteren Mutter eine elektrische Anschlußklemme für die
Stromzuleitung zum Bolzen eingeklemmt ist.
-
Die Stromzuführung zur Metallhülse und deren Befestigung am Verschlußteil
kann dadurch erfolgen, daß die Metallhülse einen Bund besitzt, der zwischen zwei
Metallplatten einspannbar ist. Eine Metallplatte kann mit einer elektrischen Anschlußklemine
versehen sein oder auch mit einer oder mehreren Metallhülsen weiterer Heizeinsätze
elektrisch verbunden sein. Die beide-,: I1ietallp'atten körnen sich an der vom Inneren
des Hohlkörpers wegweisenden Seite des Verschlußteiles befinden und mittels eines
abder Haltebolzens, @@er durch das S@erSCE't?=f-,i@ und eine weitere an der in das
Innere des Hohlkörpers weisenden Seite des Verschlußteiles befindlichen Metallplatte
geführt ist, gegen das Verschlußieil gepreßt werden. Das Verschlußteii befindet
sich damit zwischen zwei durch den Hah_ebolzen gegen das Versehlußteil gepreßten
Metallplatten. Diese wirken gleichzeitig als Unterlegscheiben für den Haltebolzen,
was sich insbesondere dann als zweckmäßig erweist, denn Glas Verschlußteil aus Kunststoff
besteht, welrur geringe Flächenpressungen aushält. Auf die beschriebene Weise werden
die Kräfteübertragungen von f-:''etallteilen übernommen und der IHei?einsa`z läßt
siel: sicher am Verschlußieil befesti,-en_, ohne daß Gewinde in @unststoffteilei@
erforderlich sind, die wegen der geringen Fesiigl:eit leicht bearbeitbarer, elektrischer
Isolierstoffe zu Kraiiübetragungen ungeeignet sind.
-
Besonders vorieilhaft is- es, das Versclilußieil aus Isolierstoff
herzustellen. wenn es nicht nur wenigstens einen Ileizeinsa;z tra?en soll, sondern
zusatzlie!i wenigstens einen Kanal zur Flüssigkeitszufuhr zu wenigstens einer Röhre
und/oder wenigstens einen Kanal zur Flüssigkeüsab_uhr von wenigstens einer Röhre
entl,alter' soll. Bei einer derartigen Gestaltung befinden sich sowohl die elektrischen
Anschlüsse als auch die Flüssigkeitsanschlüsse am Verschlußteil und der Hohlkörper
läßt sich auf einfachste Weise als nahezu vollkommen geschlossener Behälter herstellen,
der nur eine öffnung zur Aufnahme des mit den Heizeinsätzen versehenen Verschlußteiles
besitzt. Die Kanäle und Öffnungen im vorzugsweise aus @so?ierstoff bestehenden Verschlußteil
lassen sich leicht herstellen, da sie nur kurz zu sein brauchen und da sich das
Verschlußteil ohne weiteres aus leicht bearbeitbarem Isolierstoff herstellen läßt,
der nicht hochtemperaturfest zu sein braucht. Dies ist insbesondere dann der Fall,
wenn das nicht im Inneren des Hohlkörpers
endende Ende der Röhre
von einer im Verschlußteil steckenden Metallbuchse umgeben ist. Diese kann dann
bei einer eventuellen Überhitzung und Verformung der Heizwendel verhindern, daß
diese in direkte Berührung mit dem Verschlußteil kommt, was zu dessen Beschädigung
führen könnte.
-
Bei einem druckfesten, elektrischen Flüssigkeitserhitzer gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Röhren mit an unterschiedlichen
elektrischen Phasen liegenden Heizeinsätzen geometrisch parallel zueinander angeordnet
sein, so daß die in das Innere des Hohlkörpers führenden Röhrenenden durch einen
halbkugelförmigen Hohlraum wassertechnisch miteinander verbunden sind.
-
Durch die halbkugelförmige Ausbildung der wassertechnischen Verbindungsstelle
zwischen den im Inneren des Hohlkörpers endenden Röhrenenden wird erreicht, daß
die an dieser Stelle ihre Strömungsrichtung ändernde Flüssigkeit nur einen geringen
Strömungswiderstand zu überwinden hat.
-
Die Röhren können senkrecht angeordnet sein, damit eventuell auftretende
Dampfblasennester besser weggespült werden. Aus demselben Grunde ist es zweckmäßig,
die ins Innere des Hohlkörpers führenden Röhrenenden nach oben ragen zu lassen,
so daß sich die Verbindungsstelle zwischen diesen Röhrenenden, also beispielsweise
der halbkugelförmige Hohlraum, oberhalb der genannten Röhrenenden befindet.
-
Damit die Röhrenenden nicht in Schwingungen geraten, können sie quer
zu den Röhrenachsen gegeneinander und gegen die Innenwandungen des Hohlkörpers abgestützt
sein.
-
Die Flüssigkeit kann durch wenigstens eine Röhre in das Innere des
Hohlkörpers geleitet werden und durch wenigstens eine weitere Röhre wieder abfließen.
Die Heizeinsätze können dabei elektrisch so angeschlossen sein, daß die aus einem
Röhrenende austretende Flüssigkeit elektrisch auf demselben Potential liegt wie
die in ein anderes Röhrenende einströmende Flüssigkeit. Dann findet keine elektrolytische
Abtragung der in der Nähe der Röhrenenden liegenden spannungsführenden Teile statt.
Dafür liegen jedoch die als elektrische Anschlüsse dienenden Heizwendelenden unter
voller Phasenspannung. Das hat zur Folge, daß die in das Verschlußteil eintretende
oder austretende Flüssigkeit das elektrische Potential jeweils einer elektrischen
Phase des Mehrphasenspannungssystems aufweist. Um die elektrischen Sicherheitsvorschriften
einhalten zu können, müssen die Flüssigkeitszu- und -abführungen zum bzw. vom Verschlußteil
als elektrische Flüssigkeitswiderstandsstrecken von ausreichender Länge und geringem
Querschnitt ausgebildet sein. Diese Flüssigkeitswiderstandsstrecken erhöhen den
Strömungswiderstand des Flüssigkeitsdurchlauferhitzers in unerwünschter Weise. Es
hat sich herausgestellt, daß die Länge der Flüssigkeitswiderstandsstrecken verringert
werden kann, wenn einer Weiterbildung der Erfindung entsprechend, bei einem Flüssigkeitsdurchlauferhitzer,
der drei Röhren mit Heizeinsatz enthält, deren Bolzen an je eine Phase eines Drehstromnetzes
angeschlossen sind. Dann liegen die als elektrische Anschlüsse dienenden Heizwendelenden
auf dem Potential des elektrischen Mittelpunktes des Drehspannungssysterns und die
in das Verschlußteil ein- oder aus diesem austretende Flüssigkeit liegt elektrisch
auf Nullpotential und hat selbst dann, wenn eine Heizwendel durchgebrannt ist, nur
ein viel geringeres elektrisches Potential als jede der drei Phasen eines Drehspannungssystems.
-
Allerdings besteht nun zwischen den Heizeinsatzenden, die in den im
Hohlkörper endenden Enden zweier benachbarter Röhren liegen, der volle Potentialunterschied
zwischen zwei Phasen des Drehspannungssystems. Dies ist aber vom Sicherheitsstandpunkt
aus gesehen unerheblich. Es kann höchstens zur elektrolytischen Abtragung unter
Spannung stehender Teile führen. Dieser Nachteil kann einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung entsprechend dadurch vermieden werden, daß wenigstens eine Röhre an
ihrem ins Innere des Hohlkörpers führenden Ende länger ist als der zugehörige Heizeinsatz.
Dabei kann insbesondere das Stück der Röhre, um welches diese länger als der Heizeinsatz
ist, eine kleinere lichte Weite besitzen, als der restliche Teil der Röhre. Ebenso
kann auch in dem Stück der Röhre, um welches diese länger als der Heizeinsatz ist,
eine die lichte Weite verengende Hülse angebracht sein, die darüber hinaus noch
über das Ende der Röhre hinausragen kann. Durch das über den Heizeinsatz hinausragende
Ende der Röhre oder die Hülse wird eine elektrische Flüssigkeitswiderstandsstrecke
gebildet, innerhalb der sich das am Ende des Heizeinsatzes vorhandene elektrische
Potential abbauen kann. Diese elektrische Flüssigkeitswiderstandstrecke braucht
jedoch nicht so lang und eng zu sein wie die dem Verschlußteil vor- und nachgeschalteten
Flüssigkeitswiderstandsstrecken, da sie nur zur Reduzierung von Potentialunterschieden
in dem Maße ausreichend sein muß, wie es für die Verhinderung des elektrolytischen
Abbaues spannungsführender Teile nötig ist.
-
Die dem Verschlußteil vor- und nachgeschalteten Flüssigkeitswiderstandsstrecken
können in einfacher Weise aus mit Isolierstoff ausgekleideten Rohren bestehen. Die
Auskleidung der Rohre kann durch Einziehen eines Isolierstoffschlauches geschehen
oder durch Beschichten der Innenseite eines Rohres mit einem Isolierstoff. Den Flüssigkeitsführungen
des Flüssigkeitserhitzers kann aber auch in an sich bekannter Weise (z. B. deutsche
Auslegeschrift 1246 139) eine gewendelte Flüssigkeitswiderstandsstrecke
wassertechnisch vor- und/oder nachgeschaltet sein, welche durch eine wendelförmige
Nut in einem die Flüssigkeitsführungen umgebenden Isolierstoff-Hohlzylinder gebildet
wird, der vorzugsweise zusammen mit den Flüssigkeitsführungen im Hohlkörper angeordnet
ist.
-
Üblicherweise werden dreiphasige, elektrische Flüssigkeitsdurchlauferhitzer
derart gestaltet, daß die kalte Flüssigkeit zunächst durch zwei wassertechnisch
parallelgeschaltete, elektrisch beheizte Flüssigkeitsführungen fließt, am Ende dieser
Führungen zusammentrifft und gemeinsam mit erhöhter Geschwindigkeit durch eine einzige
beheizte Flüssigkeitsführung zum Auslauf des Flüssigkeitsdurchlauferhitzers fließt.
Dadurch soll erreicht werden, daß die bereits vorgewärmte Flüssigkeit die in Strömungsrichtung
zuletzt durchflossene und thermisch am meisten belastete Flüssigkeitsführung zur
besseren Kühlung der darin befindlichen Heizwendel am schnellsten durchfließt. Der
Nachteil einer solchen Anordnung ist jedoch, daß die Flüssigkeit an der Verbindungsstelle
der drei Flüssigkeitsdurchführungen schon eine erhebliche Temperatur angenommen
hat, welche die elektrolvtische
Abtragung an den in den verschiedenen
Flüssigkeitsführungen befindlichen Heizwendeln, deren Enden verscrdedene elektrische
Potentiale aufweisen, in unerwünschter Weise begünstigt. Dieser Nachteil wird einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entsprechend dadurch beseitigt, daß durch
eine Röhre Flüssigkeit in das Innere des Hohlkörpers zuführbar ist, welche durch
die anderen beiden Röhren abführbar ist.
-
Dadurch wird erreicht, daß die Flüssigkeit in der in Strömungsrichtung
zuerst durchflossenen Röhre wegen ihrer relativ hohen Geschwindigkeit nur relativ
wenig erwärmt wird, so daß sie die 1:lbergangsstelle zu den beiden anderen Röhren
mit relativ niedriger Temperatur erreicht, wodurch die elektrolytische Abtragung
an spannungsführenden Teilen gering gehalten wird.
-
An Hand der Zeichnungen wird nun ein Ausführungbeispiel der Erfindung
näher erläutert.
-
F i g. 1 zeigt ein Prinzipbild eines für dreiphasigen Drehstrombetrieb
gedachten, der Wassererhitzung dienenden Teiles (Flüssigkeitserhitzer) eines beispielsweise
im Haushalt verwendbaren Wasserdurchlauferhitzers gemäß der Erfindung; F i g. 2
zeigt ein Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitserhitzers, wobei der rechte Teil der
Figur den Flüssigkeitserhitzer in aufgeschnittenem Zustand darstellt; F i g. 3 zeigt
einen der in F i g. 2 enthaltenen Heizeinsätze (gegenüber F i g. 2 vergrößert);
F i g. 4 stellt die Ansicht A aus F i g. 2 dar; F i g. 5 zeigt den Schnitt 5-5 aus
F i g. 2; F i g. 6 stellt ein Einzelteil dar; F i g. 7 zeigt den Schnitt 7-7 aus
F i g. 2.
-
Das in F i g. 1 dargestellte Prinzipbild zeigt einen als Behälter
ausgebildeten Hohlkörper 1, der von einem mit Wasserzu- und -abführungskanälen
versehenen Verschlußteil 2 verschlossen wird. Durch dieses sind die elektrischen
Anschlüsse der Heizeinsätze 4, 41 und 42 geführt. Die Anschlüsse sind einerseits
an die Phasen R, S, T eines dreiphasigen Drehstromnetzes und andererseits an einem
gemeinsamen Mittelpunkt Mp angeschlossen. Das Wasser fließt durch den Zulauf
30 in das Verschlußteil und von dort in die erste als Röhre 9 ausgebildete
Wasserführung, die den Heizeinsatz 4 enthält und die um die Hülse 19 verlängert
ist. Aus dieser Hülse fließt das Wasser ins Innere des Behälters 1, das damit
(vom Staudruck abgesehen) unter dem gleichen Wasserdruck steht, wie das Innere der
Röhren 9, 91 und 92.
Durch die beiden letztgenannten Röhren fließt
das Wasser wieder in das Verschlußteil 2 zurück und tritt aus diesem durch den Auslauf
31 aus. In Strömungsrichtung gesehen ist den Röhren 91 und
92 jeweils eine Hülse 191 und 192 vorgeschaltet, die als Wasserwiderstandsstrecke
mit verengtem Querschnitt dient.
-
F i g. 2 zeigt den aus Isolierstoff bestehenden und als rohrförmigen
Behälter ausgebildeten Hohlkörper 1, der ein aus Isolierstoff bestehendes Innenteil
1 a und einen druckfesten Metallmantel 1 b besitzt. Der Hohlkörper
1 ist einseitig durch das Verschlußteil 2 abgeschlossen. Für flüssigkeitsdichten
Abschluß sorgt die Ringdichtung 3, die das im Hohlkörper 1 steckende Ende des als
Stopfen ausgebildeten Verschlußteiles 2
umgibt. Im Verschlußteil befinden
sich drei geometrisch parallel zueinander angeordnete Flüssigkeitsführungen, die
untereinander gleich aufgebaut sind, je einen Heizeinsatz enthalten und von denen
in F i g. 2 nur eine (9) im rechten Teil der Figur dargestellt ist.
-
Der im rechten Teil der Figur dargestellte elektrische Heizeinsatz
4 ist, abgedichtet durch den Dichtungsring 6, flüssigkeitsdicht durch das Verschlußteil
2 geführt. Hauptbestandteile des elektrischen Heizeinsatzes 4 sind der Bolzen
8 und die Heizwendel 10. Der Bolzen 8 liegt koaxial in einer
Keramikteile 9 a enthaltenden, hohlzylindrischen Röhre, die als Flüssigkeitsführung
9 dient. Die Keramikteile 9 a werden von einem Schlauch 9 b zusammengehalten, der
gleichzeitig dafür sorgt, daß die Flüssigkeitsführung 9 flüssigkeitsdicht ist.
-
Als einer der elektrischen Anschlüsse des Heizeinsatzes
4 dient das in F i g. 2 unten liegende Ende des Bolzens B. Den anderen
elektrischen Anschluß bildet die Metallhülse 11, an welche das untere Ende
10 b der Heizwendel 10 angelötet oder angeschweißt ist. Die Metallhülse
11 besitzt einen Bund 11 a, der zwischen den beiden Metallplatten
12 und 13 eingespannt ist. Diese Metallplatten 12 und 13 dienen der
Fortleitung des Stromes zu dem Heizeinsatz 41 mit dessen Bolzen
81 und zu dem in F i g. 2 nicht sichtbaren Heizeinsatz 42. Die Metallhülse
11 ist gegenüber dem Bolzen 8 isoliert, wie später noch an Hand der
F i g. 3 erläutert wird. Die beiden Metallplatten 12 und 13 werden durch
einen Haltebolzen 14 mit den Muttern 15 und 16 gegen das Verschlußteil
2
gepreßt. Der Haltebolzen 14 ist mit der Dichtung 17 abgedichtet, und er
ist durch eine weitere Metallplatte 18 geführt, die als Unterlegscheibe dient
und in F i g. 6 (in Draufsicht) dargestellt ist.
-
Die Röhre (9 = Flüssigkeitsführung) ist an ihrem oberen Ende länger
als der Heizeinsatz 4. Das Stück der Röhre, um welches diese länger als der
Heizeinsatz 4 ist, hat eine kleinere lichte Weite als der restliche Teil der Röhre
9. Dies ist dadurch erreicht worden, daß in dem Stück der Röhre 9, um welches
diese länger als der Heizeinsatz 4 ist, eine die lichte Weite verengende Hülse 19
angebracht ist, die über das Ende der Röhre 9 hinausragt und teilweise ebenfalls
vom Schlauch 9 b umgeben wird. Aus der Hülse 19 tritt das Wasser in den halbkugelförmigen
Hohlraum 32 ein, wird hier umgelenkt und fließt in die nicht sichtbaren Hülsen 191,
192 der ebenfalls nicht sichtbaren Flüssigkeitsführungen (91, 92; vgl. F
i g. 1) ein.
-
Der Aufbau des Heizeinsatzes 4 ist in F i g. 3 (gegenüber F
i g. 2 vergrößert) gezeigt, wobei die Positionsziffern entsprechender Teile dieselben
sind wie in den F i g. 1 und 2. Das obere Ende 10 a der Heizwendel
10 ist mit dem Bolzen 8 verlötet oder verschweißt, während das untere
Heizwendelende 10 b auf eben solche Art mit der Metallhülse 11 elektrisch leitend
verbunden ist. Die Verbindungsstelle des oberen Heizwendelendes 10 a mit
dem Bolzen 8
ist mit einem Isolierschlauch 20 vollkommen wasserdicht
überzogen, um die elektrolytische Abtragung an dieser Stelle zu vermindern. Der
Bolzen 8 ist temperaturfest umhüllt, und zwar zunächst mit einem elektrischen
Isolierstoffschlauch 21, um welchen ein Glasfasermantel 22 gelegt ist. Dieser
wird an seinen Enden von je einem Stück Schrumpfschlauch 23 und 24 gehalten. Die
Heizwendel 10 ist konisch gewickelt, so daß sie an ihrem oberen Ende einen
größeren Durchmesser besitzt als an ihrem unteren Ende.
-
Der Bolzen 8 besitzt kurz vor seinem unteren Ende
einen
Bund 8 a. Gegen diesen Bund wird die Metallhülse 11, die gegenüber
dem Bolzen 8 durch den Isolierstoffschlauch 21 elektrisch isoliert und abgedichtet
ist, mit Hilfe der Mutter 25 gedrückt, wobei diese Mutter 25 mit ihrer Unterlegscheibe
26 durch die Isolierhülse 27 elektrisch gegenüber der Metallhülse 11 isoliert ist.
Auf diese Weise ist die Metallhülse 11 fest mit dem Bolzen 8 verbunden.
Zwischen die Mutter 25 und einer weiteren auf das gleiche Bolzenende aufschraubbaren,
nicht gezeigten Mutter kann eine elektrische Anschlußklemme für die Stromzuleitung
zum Bolzen 8 eingeklemmt werden.
-
Der in F i g. 3 gezeigte Heizeinsatz 4, 41, 42 wird mit Hilfe des
Bundes 11 a der Metallhülse 11, der zwischen die Metallplatten
12 und 13 (F i g. 2) geklemmt wird, am Verschlußteil 2 befestigt und
durch den Dichtungsring 6 abgedichtet. Das in F i g. 2 gezeigte Verschlußteil 2
besteht aus Isolierstoff und in ihm steckt für jeden Heizeinsatz 4, 41, 42
jeweils eine Metallbuchse 27, die das untere Ende 10 b der Heizwendel umgibt
und auf diese Weise das Verschlußteil 2 vor thermischen Beschädigungen schützt,
wenn die Heizwendel 10 sich beim Durchbrennen verformen sollte. Zwischen
dem aus dem Verschlußteil2 herausragenden Ende der Metallbuchse 27 und dem Schlauch
9 b befindet sich noch eine Abstandshiilse 28.
-
Das Aussehen und die Befestigungsweise des Verschlußteiles 2 geht
aus F i g. 4 hervor. Diese zeigt die Ansicht A aus F i g. 2. Durch das Verschlußteil
2 und den Metallmantel 1 b des Hohlkörpers 1 führen zwei Stifte 29 a und 29 b, die
Teil eines Bügels 29 sind. Auf diese Weise ist das Verschlußteil 2 in einfachster
Art am Hohlkörper 1 befestigt. Außerdem sind in F i g. 4 sichtbar: Die Bolzen
8, 81, 82 mit den aufgeschraubten Muttern 25, 251 (vgl. F i g. 2) und
252, der Haltebolzen 14 mit seiner Mutter 16 und die Metallplatte
13.
-
F i g. 5 stellt den Schnitt 5-5 aus F i g. 2 (unter Weglassung der
Heizeinsätze) dar und zeigt den inneren Aufbau des Verschlußteiles 2. Das Verschlußteil
enthält zwei Sackbohrungen, die als Zulauf 30 bzw. Auslauf 31 dienen
und die in F i g. 2 mit denselben Positionsziffern bezeichnet sind. Der Zulauf ist
mit einer Öffnung 40 verbunden (siehe auch F i g. 2), durch welche das Wasser in
die Flüssigkeitsführung 9 gelangen kann und die gleichzeitig als Durchführungsöffnung
für den elektrischen Heizeinsatz 4 dient.
-
Aus den in F i g. 1 gezeigten Flüssigkeitsführungen 91 und 92 kann
das Wasser durch die Öffnungen 401 und 402 hindurch in den Auslauf
31 gelangen. Auch die Öffnungen 401 und 402 dienen gleichzeitig als Durchführungsöffnungen
für den Heizeinsatz 41 bzw. 42. An den Zulauf 30 bzw. den Auslauf
31 können Wasservor- bzw. Wassernachlaufstrecken angeschlossen werden. Diese
können beispielsweise aus innen isolierten Kupferrohren bestehen, deren in den Zu-bzw.
Auslauf führende Enden mittels eines um die in F i g. 5 sichtbare Kontur des Verschlußteiles
2 gelegten Bügel gehalten und gegen in den Zu- bzw. Auslauf eingelegte Dichtungsringe
gedrückt werden.
-
F i g. 6 zeigt die als Unterlegscheibe dienende Metallplatte 18, die
das Einsinken des Kopfes 14 a des Haltebolzens 14 (Fig.2) in das aus Kunststoff
bestehende Verschlußteil 2 verhindert. Die Form der Metallplatte 18 ist dem Zwischenraum
zwischen den im Verschlußteil2 steckenden Metallbuchsen angepaßt, von denen eine,
nämlich die Metallbuchse 27
in F i g. 2 sichtbar ist.
-
F i g. 7 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie 7-7 durch den
Wassererhitzungsteil gemäß F i g. 2. Dabei wird sichtbar, wie sich die Hülsen
19,
191 und 192 gegeneinander und gegen die Innenwandung des
Innenteiles 1 a des aus diesem Innenteil und dem Metallmantel 1 b
bestehenden Hohlkörpers 1
abstützen.