DE19619132C2 - Elektrischer Warmwasserbereiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Warmwasserbereiter mit einem Heizkörper und einem Warmwasserbehälter in Flachbauweise, der zur Erzeugung von warmem Brauchwasser für Reinigungszwecke, für die Hygiene und für die tägliche Körperpflege einen Kaltwasserzulauf und einen zu einem Verbraucher führenden Warmwasserablauf aufweist.

Bekannt sind kleine elektrische Warmwasserspeicher mit einem runden beziehungsweise mehr oder weniger rechteckigen Wasserbehälter, die je nach den örtlichen Platzverhältnissen entweder über oder unter einem Waschgefäß oder einem Spülbecken angebracht sind. Die Wasseranschlüsse befinden sich bei Geräten, welche über dem Becken montiert werden sollen, unten am Wasserbehälter und bei Geräten, welche unter dem Becken angeordnet werden, jedoch oben am Behälter, um eine einfache Rohrverbindung zu dem Mischbehälter zu gewährleisten. Aus diesen Gründen sind bei ein und derselben Gattung wegen der unterschiedlichen örtlichen Gegebenheiten mindestens zwei verschiedene Baumuster vorhanden, was einer wirtschaftlichen Fertigung zuwider läuft.

Zahlreiche Vorschläge befassen sich mit der Ausbildung von diesen Warmwasserbereitern, damit diese nachdem Umrüsten des Heizkörpers wahlweise oberhalb und unterhalb des Waschbeckens betrieben werden können. Diese Prozeduren sind zum Teil sehr umständlich bei der Herstellung mit weiteren Kosten verbunden, weil nicht nur die Anschlüsse für den Kaltwasserzulauf und den Warmwasserablauf, sondern auch die elektrische Anschlußleitung flexibel über Putz verlegt werden muß. Bei räumlich beengten Platzverhältnissen ist die Unterbringung des Warmwasserbereiters infolgedessen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Um Platz zu sparen sind bereits elektrisch beheizte Warmwasserbereiter in Flachbauweise vorgeschlagen worden, wobei in der DE 12 84 600 B der rechteckige Wasserbehälter nicht mehr als einen nur geringfügig flacheren Querschnitt aufweist. Dergestalt ist die Flachbauweise durch die Anordnung und Lage des Heizkörpers begrenzt, wenn ein thermischer Kontakt des hochtemperierten Heizkörpers mit der Behälterwandung des Warmwasserbehälters sicher vermieden werden soll. In diesem Fall und zum besseren Durchmischen des zu erwärmenden Behälterinhalts wird in der DD 132 031 A bei einem nichtmetallischen Wasserbehälter über dem Heizkörper ein thermisch isolierendes Schutzrohr aus Glas oder Keramik errichtet, das mit zusätzlichen Öffnungen zur Wasserzirkulation versehen ist.

Um außerdem eine Temperaturschichtung des Behälterinhalts abzuwenden, soll das Schutzrohr zugleich eine bessere Wärmeströmung des in unmittelbarer Nähe des Heizkörpers erhitzten und nach oben aufsteigenden Wassers bewirken, das in entgegengesetzter Richtung an den seitlichen, deutlich kühleren Umfangswänden niedersinkt. Bei Erhitzen des gesamten Behälterinhalts mittels Wärmeströmung besteht der Nachteil, daß nur ein geringer Teil des Behälterinhalts in unmittelbaren Kontakt mit dem Heizkörper gelangen kann. Hierbei besteht die Gefahr des Überhitzens und des schnellen Verkalkens des Heizkörpers, was einen wesentlich schlechteren Wärmeübergang nach sich zieht. Um diesem Manko bei einem Warmwasserbereiter zu begegnen, werden in der DE Patentschrift 30 44 079 hyperboloidförmig ausgebildete Einbauteile vorgeschlagen, um eine bemerkenswerte Kaminwirkung der Leitelemente zu erreichen. Diese Einbauelemente sind mit einer Flachbauweise nicht vereinbar.

In der DE 19 37 493 A wird eine flacher Warmwasserbereiter beschrieben, bei dem der Behälter aus zwei konzentrischen Teilen zusammengebaut wird. Der innere Teil besteht aus zwei Hälften dünnen, verzinnten Kupferbleches, deren Ränder entgegengesetzt aufeinandergelegt werden. Jeder Teil sieht wie ein rechteckiges, tiefes Tablett mit breiten Rändern aus. Der wasserdichte Verschluss des inneren Teiles des Behälters wird durch Zusammenfalzen der Ränder beider Hälften und vorherigen Einfügens einer Dichtung erreicht. Nach dem Umbiegen bilden die umgebogenen und gebogenen Teile der Ränder ein U. Der Stromkreis wird zuerst mit Litzen ohne Isolierung vorgeformt, welche an den Enden mit Einschraubösen versehen sind. Diese Litzen werden zur Isolierung zwischen zwei Kunststoffblatten eingeklemmt, welche anschließend zusammengeschweißt - oder geklebt werden.

In der DE 40 12 203 A1 ist bei einem flachbauenden Warmwasserbereiter in einem einstückig geblasenen Innenbehälter aus Kunststoff ein elektrischer Heizkörper angeordnet. Damit der Warmwasserbereiter eine hinreichende Formstabilität aufweist, ist der Innenbehälter mit einer Mehrzahl zylinderförmiger Wasserkammern in der Art einer Luftmatratze versehen.

Bei einem anderen Warmwasserspeicher in flacher Form gemäß DE 30 092 092 A1 weist der Wasserbehälter zwei aus einem metallischen Werkstoff geprägte Schalen auf, die im Querschnitt die Form eines Halbzylinders besitzen und aufeinandergesetzt einen ovalen flachen Körper bilden, der entlang der schmalseitigen inneren und äußeren Umfangslinien verschweißt ist. Der flache ringförmige Wasserbehälter findet vor allem in einer Neubauwohnung Verwendung, in welcher im Badezimmer oder in der Küche wenig Raum zum Einbau eines Warmwasserspeichers vorhanden ist. Um Platz zu sparen, wird der Warmwasserspeicher von einer Isolierung umschlossen und nach dem Anbringen an der Wand über dem Waschbecken anstelle eines Spiegelschrankes an der Vorderseite mit einem Spiegel versehen. Eine solche Verkleidung soll die Möglichkeit bieten, den Warmwasserspeicher als ein in den Aufstellungsraum passendes Möbelstück auszubilden. Das hat den Nachteil zur Folge, daß auf das ursprünglich vorgesehene Möbelstück verzichtet werden muß.

Die Erfindung bezweckt einen extrem flachen, elektrisch beheizbaren Warmwasserbereiter, der im Gegensatz zu den gebräuchlichen Warmwasserboilern ohne einen zusätzlichen Platzbedarf in kleinen oder beengten Räumen in Verbindung mit einem Waschtisch oder Reinigungsbecken einbaubar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem flachen Warmwasserbereiter einen nach außen thermisch isolierten Warmwasserbehälter und einen Heizkörper zu schaffen, bei dem ohne die erforderlichen Leitelemente zum Herbeiführen einer Wasserströmung im Behälter eine annähernd gleiche Erwärmung des Behälterinhalts ermöglicht und eine Wärmeschichtung des Wassers vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen elektrischen Warmwasserbereiter mit einem Warmwasserbehälter gelöst, der als ein flaches, schalenförmiges Formteil ausgebildet ist, das aus einer elektrisch isolierenden, warmwasserresistenten Zusammensetzung besteht und mit mindestens mit einer durch elektrischen Strom aufheizbaren Heizschicht beschichtet ist, wobei die Heizschicht mit einem zu dem Formteil kongruierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgestattet ist.

Auf diese Weise können extrem flache Warmwasserbereiter gefertigt werden, die bei einem geringen Platzbedarf in der Tiefe des Raumes platzsparend einbaubar sind. In bevorzugter Weise werden die Warmwasserbereiter derart flach ausgebildet oder geformt, daß sie insbesondere beim Einbau in einen Hohlraum einer in Trockenbauweise im Innenausbau errichteten Wand eingefügt werden können, oder zum Einbau unter Putz beispielsweise in eine Nische einer aus Verbundbauplatten aufgebauten Zwischenwand geeignet sind.

Da die extrem flachen Warmwasserbereiter bei geringer Tiefe eine beachtliche Breite und bei entsprechender Höhe eine nicht zu vernachlässigende Wärmedehnung und Schrumpfung bei inkonstanten Temperaturen aufweisen, ist es zweckmäßig, wenn eine dem Ausdehnungskoeffizienten des Formteils adäquate elektrisch heizbaren Heizschicht zur Anwendung gelangt, die einen mit dem Formteil kongruierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dies dadurch bewerkstelligt, daß der Formkörper aus einem hydraulischen Bindemittel oder einer Bindemittelzusammensetzung sowie mit einer aus Faser aufgebauten Matrix verstärkt und die elektrisch heizbare Heizschicht aus einer wäßrigen anorganischen silikathaltigen Bindemittelzubereitung mit einem Zusatz von elektrisch leitfähigen Teilchen zusammengesetzt ist.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Formteil aus einem glasfaserverstärkten Beton hergestellt wird.

Diese Ausgestaltung ermöglicht aus zwei zusammenwirkenden Gründen einen außergewöhnlich effektiven Einsatz von elektrischer Heizenergie, weil der elektrisch isolierende Glasfaserbeton nämlich gleichzeitig eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch sind sehr dünnwandige Formteile herstellbar, die es ermöglichen, daß bei ausreichender Wärmedämmung die Warmwasserbereiter an beliebiger oder andernfalls unzugänglicher Stelle einbaubar sind. Andererseits kann der Wasserbehälter derart flach ausgebildet werden, daß die Heizschichten im Inneren so nahe aneinanderliegen, daß das dazwischenliegende Wasser gleichmäßig erwärmt wird. Eine Temperaturschichtung zwischen warmen und kaltem Wasser ist dadurch ausgeschlossen.

Zwar ist es grundsätzlich aus der DE-28 33 025 A1 bekannt, ein plattenartiges Bauelement aus Glasfaserbeton mit einer Heizschicht zu beheizen, jedoch steht dies in keinem Zusammenhang mit der vorliegenden Aufgabenstellung bei einem elektrischen Warmwasserbereiter, indem in der besagten Veröffentlichung vorgeschlagen wird, bei einer zu beheizenden Innenfläche die Außenfläche zu beheizen. Dieser Vorschlag ist bei einem extrem flachen Warmwasserbereiter nicht realisierbar und hinsichtlich der Wärmeverluste auch nicht naheliegend. Außerdem ist aus der DE-34 18 005 A1 zum Beheizen einer Flüssigkeit ein Sonnenkollektor beschrieben, der unter Verwendung von glasfaserverstärktem Beton hergestellt ist. Eine Anregung für die vorgeschlagene Lösung ist daraus gleichermaßen nicht ableitbar, was im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden soll.

In den zu dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Warmwasserbereiter in Gebrauchslage im Zusammenhang mit einer Zapfstelle,

Fig. 2 eine ausführbare Ausgangsform eines flachen einseitig offenen Formteils für die Herstellung eines Warmwasserbehälters,

Fig. 3 die Innenansicht eines mit einer elektrisch leitfähigen Heizschicht beschichteten Formteils,

Fig. 4 einen aus zwei Formteilen zusammengesetzten Warmwasserbehälter und

Fig. 5 einen Warmwasserbehälter mit einem einzigen Formteil und einer ebenen Abdeckung in schematischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Warmwasserbereiter, der oberhalb einer Verbraucherstelle 1 mit Mischbatterie 2 beispielsweise unter Putz in einem Hohlraum einer in Trockenbauweise im Innenausbau errichteten Wand eingefügt ist. Infolgedessen ist der Warmwasserbereiter an sich nicht sichtbar und aus diesem Grunde vollständig strichpunktiert dargestellt. Der Warmwasserbereiter umfaßt einen Warmwasserbehälter 3 mit einem in Fig. 2 dargestellten Formteil 4 mit einem flachen umlaufenden Rand, der als Flansch 5 ausgebildet ist. Der Flansch 5 weist im regelmäßigen Abstand in Fig. 3 erkennbare Flanschbohrungen 6 für Verbindungselemente wie zum Beispiel Befestigungsschrauben 7 mit dazugehörigen Unterlegscheiben 8 auf. Mittels der Befestigungsschrauben 7 kann das Formteil 4 unter Zwischenlage einer in Fig. 4 erkennbaren Flanschdichtung 9 mit einem auf der Rückseite angeordneten zweiten Formteil 4 druckdicht verschraubt oder sonstwie in geeigneter Weise dicht verbunden werden.

Im unteren Behälterteil des Warmwasserbehälters 3 ist in der Nähe des Flansches 5 eine die Behälterwand durchdringende Zulauföffnung 11 für den Kaltwasserzulauf und in dem oberen Behälterteil ist dicht unterhalb des Flansches 5 eine Ablauföffnung 12 für einen Warmwasserablauf vorgesehen. In die Zulauföffnung 11 ist eine Kaltwasserleitung 13 mit einem elektrisch isolierenden Anschlußstutzen 14 eingebunden, die von einem Zapfventil 15 in der Mischbatterie 2 bedient wird. Beim Öffnen des Zapfventils 15 strömt Kaltwasser über die Kaltwasserleitung 13 in den Warmwasserbehälter 3 ein. Beim Eintritt von Kaltwasser wird der erhitzte Behälterinhalt über eine zu der Mischbatterie 2 führende Warmwasserleitung 16 nach der Verbraucherstelle 1 verdrängt.

Die Darstellung des Warmwasserbehälters 3 ist im einzelnen aus der Zeichnung in Fig. 2 erkennbar. Der Warmwasserbehälter 3 ist durch eine dünne Behälterwandung gekennzeichnet, die schalenförmig ein flaches, einseitig offenes Formteil 4 einschließt, das aus einer elektrisch isolierenden, warmwasserresistenten Zusammensetzung ausgebildet ist. In dem gewählten Ausführungsbeispiel besitzt das Formteil 4 eine rechteckige Form. Jedoch kann dadurch eine gegebenenfalls ovale oder kreisrunde Bauweise nicht ausgeschlossen werden.

Um das gewünschte Formteil 4 zu erhalten, bedient man sich am besten einer Negativform 17, bei der auf der Außenseite 18 die genaue Abbildung der Innenseite des Formteils 4 vorgesehen ist. Mit Hilfe der Negativform 17 kann eine sehr dünne Behälterwandung durch Aufspritzen einer dünnen Zementschicht in situ mit Verstärkungsfasern hergestellt werden. Mit der Zugabe alkaliresistenter, hochzugfester Glasfasern als Verstärkungsfasern zum Zement können sehr dünnwandige und elektrisch isolierende Formteile 4 hergestellt werden. Neben einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit und Gefügedichte weist Glasfaserbeton mit statisch wirksamer Faserzugabe von 3 bis 5 Volumenprozenten eine hohe Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit auf. Die Glasfasern sollen in der Einzelfaser einen Mindestdurchmesser von 10 Mikrometer aufweisen. Sie werden als Spinnfaser hergestellt, vorgeschnitten beziehungsweise aufgespult zur Betonherstellung geliefert und im Pre-Mix-Verfahren beziehungsweise im Spritzverfahren in die Mischung eingebracht.

Nach dem Aushärten wird das Formteil 4 gemäß Fig. 2 entschalt und mit den entsprechenden Flanschbohrungen 6 versehen. Der durch die Ebene des Flansches 5 und die Innenwandung 19 des Formteils 4 umgrenzte Hohlraum besitzt danach innen an den Stirnkanten 20 eine Breite von 40 cm und an den Längskanten 21 eine Länge von 50 cm. Die Tiefe 22 des gebildeten Hohlraumes beträgt demnach bei einem 5 Liter Warmwasserbereiter 1,25 cm oder bei einem 10 Liter Warmwasserbereiter 2,5 cm und so weiter, wenn gegenüberliegend zwei Formteile 4 eingesetzt werden. Die geringe Tiefe 22 des Formteils 4 ermöglicht aus diesem Grunde bei einem üblicherweise nicht so großen Warmwasserbereiter für die tägliche Hygiene den Einbau unter Putz ohne eine zusätzliche Isolierung zur Wärmedämmung nach außen. In Fig. 4 ist ein doppelschaliger aus zwei Formteilen 4 bestehender Warmwasserbehälter 3 mit einer zwischen den Flanschen 5 liegenden Flanschdichtung 9 erkennbar, während in Fig. 5 das Formteil 4 mit einer ebenen Abdeckung 25 zu einem Warmwasserbehälter 3 vervollständigt ist. In diesem Fall bieten sich an einer ebenen Wandfläche günstige Befestigungsmöglichkeiten. Außerdem ist auf diese Weise bei gleichen Formteilen 4 der Rauminhalt des Warmwasserbehälters 3 variierbar.

Zur Warmwasserbereitung und zum Beheizen des Warmwasserbehälters 3 werden auf zwei gegenüberliegenden Seitenteilen des Formteils 4 beziehungsweise jeweils am Flansch 5 aus dünnen metallischen Folienstreifen bestehende Stromzuführungselektroden 26 vorgesehen, die mit einem geeigneten Bindemittel fixiert werden. Als Bindemittel kommt ein mit Wasser verdünnbares Bindemittel, insbesondere ein Alkalisilikat in Betracht, das desgleichen als Bindemittel für die elektrisch leitfähige Heizschicht 27 vorgesehen ist. Auf die zwischen den beiden Stromzuführungselektroden 26 eingeschlossene Fläche wird, wie gemäß Fig. 3 angedeutet, durch Streichen oder Spritzen eine Heizschritt 27 aufgetragen, die dem Fachmann bekannt und die in der DE 20 18 823 A hinlänglich beschrieben worden ist.

Mit einer dergleichen elektrisch leitfähigen Heizschicht 27 auf der Basis von Graphitteilchen und einem mit Wasser verdünnbaren Alkalisilikat als Bindemittel ist bei einer Fläche von 40 cm × 50 cm eine Heizleistung von mehreren hundert Watt realisierbar. Bei einer vorgestellten Heizleistung von 300-500 Watt werden bei zwei im Abstand von 2,5 cm gegenüberliegenden Heizflächen für die Erwärmung des Wassers höchsten 15 Minuten erforderlich, wenn der gesamte Behälterinhalt von 15°C auf eine Temperatur von 60°C mit Hilfe einer Schutzspannung von 60 Volt erwärmt werden soll.

Gegenüber einem herkömmlichen Warmwasserbereiter können beim Erwärmen des Wassers in wesentlich geringerem Maße Wärmeverluste auftreten, indem diese in der Hauptsache auf die im Inneren eines konventionellen Warmwasserbereiters aus Gründen einer Wärmeschichtung erzwungene Warmwasserströmung zurückzuführen sind. Nicht durch die Temperatur, sondern primär durch die Warmwasserströmung tritt nämlich an der kalten Behälterwandung ein rascher Wärmeaustausch mit einhergehenden Wärmeverlusten auf, der durch eine starke Isolierung zwar vermindert, aber ursächlich nicht verhindert werden kann. Demgegenüber ist bei den vorgeschlagenen eng gegeneinanderstehenden Heizflächen eines extrem flachen Warmwasserbereiters eine Warmwasserströmung im Inneren des Warmwasserbehälters 3 nicht vonnöten. Die Wärmeübertragung zwischen der Heizschicht 27 und dem zu erwärmenden Wasser ist stationär und nicht mit Wärmeverlusten verbunden. Demzufolge vereinfacht oder erübrigt sich eine periphere Wärmedämmung des Warmwasserbereiters bei geringen Wärmeverlusten vollständig, wenn der Warmwasserbehälter 3 aus Glasfaserbeton hergestellt ist.

Wenn höhere Heizleistungen bei einem Warmwasserbehälter 3 mit einem größeren Volumen beispielsweise zum Duschen erforderlich sind, kann dem durch eine gegenüber Fig. 3 geänderte Anordnung der Stromzuführungselektroden 26, durch Unterteilung oder durch eine Erhöhung der Betriebsspannung bei Verwendung entsprechender Sicherheitsvorkehrungen Rechnung getragen werden. Wie im Fig. 3 erkennbar, werden Stromzuführungselektroden 26 vorgesehen, die auf der einen Seite des Flansches 5 einen überstehenden Abschnitt aufweisen. Die überstehenden Elektrodenabschnitte 28 werden mit ihrem gabelförmigen Endabschnitt 29 nach außen zum Flansch 5 hin abgewinkelt und mittels der bereits vorgesehenen Befestigungsschraube 7 mit einem Kabelschuh 30 einer Zuführungsleitung 31 für die Versorgungsspannung in Kontakt gebracht.

Für die Bereitstellung der Versorgungsspannung ist ein Netzgerät 32 mit einem Niederspannungsausgang vorgesehen, das gegebenenfalls durch einen nicht weiter dargestellten Temperaturregler gesteuert werden kann, wenn die festgelegte Betriebstemperatur im Warmwasserbehälter 3 erreicht worden ist. Damit kann der Warmwasserbereiter gefahrlos im Dauerbetrieb beheizt werden.

Claims (6)

1. Elektrischer Warmwasserbereiter mit einem Warmwasserbehälter (3), der als ein flaches, schalenförmiges Formteil (4) ausgebildet ist, das aus einer elektrisch isolierenden, warmwasserresistenten Zusammensetzung besteht und mit mindestens mit einer durch elektrischen Strom aufheizbaren Heizschicht (27) beschichtet ist, wobei die Heizschicht (27) mit einem zu dem Formteil (4) kongruierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgestattet ist.

2. Elektrischer Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4) aus einem hydraulischen Bindemittel oder einer Bindemittelzusammensetzung bestehend sowie mit einer aus Fasern aufgebauten Matrix verstärkt und die elektrisch beheizbare Heizschicht (27) aus einer wäßrigen anorganischen silikathaltigen Bindemittelzubereitung mit einem Zusatz von elektrisch leitfähigen Teilchen zusammengesetzt ist.

3. Elektrischer Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (4) aus einem glasfaserverstärkten Beton hergestellt ist.

4. Elektrischer Warmwasserbereiter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Heizschicht (27) aus einer Mischung auf der Basis von Graphitteilchen mit einem wasserverdünnbaren Bindemittel auf der Basis von Alkalisilikaten zusammengesetzt ist.

5. Elektrischer Warmwasserbereiter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehälter (3) aus zwei einseitig offenen und einander gegenüberliegenden, durch Verbindungselemente (7) miteinander verbundenen Formteilen (4) aufgebaut ist.

6. Elektrischer Warmwasserbereiter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehälter (3) ein einseitig offenes Formteil (4) aufweist, welches mit einer gegenüberliegenden, ebenen und gegebenenfalls eine elektrisch leitfähige Heizschicht (27) einschließende Abdeckung (25) verbunden ist.