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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Innenbehälter
für einen
Warmwasserspeicher mit einem Heizelement. Insbesondere betrifft
die Erfindung auch eine verbesserte, superflache Bauform eines solchen
Innenbehälters,
die aufgrund des verwendeten Heizelements möglich wird.
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Warmwasserspeicher werden seit langer Zeit
für die
lokale Bereitstellung von warmem Wasser verwendet. In vielen Fällen kommen
Rohrheizkörper als
Heizelemente zum Einsatz, die üblicherweise
im unteren Bereich des Innenbehälters,
unmittelbar in dem zu erwärmenden
Wasser positioniert sind.
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Aus der
DE 198 29 507 A1 ist außerdem ein Innenbehälter für einen
Warmwasserspeicher bekannt, bei welchem ein Flächenheizkörper als Heizelement dient.
Sowohl bei den vorgenannten Rohrheizkörperausführungen als auch bei der Verwendung
von Flächenheizkörpern ist
eine bestimmte Bautiefe des Geräts
allein schon aufgrund der Größe des Heizelements
nötig.
Da die bekannten Heizelemente hinsichtlich ihrer Flächenheizleistung
beschränkt
sind und zum Erhalt der Betriebssicherheit der jeweiligen Warmwasserspeicher
nur im unteren Bereich des Innenbehälters angeordnet werden können, haben
alle bisher verwendeten Warmwasserspeicher im wesentlichen quaderförmige Körperformen,
wobei das Verhältnis
von Tiefe zu Breite zumeist im Bereich 1:1 bis 1:2 liegt.
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In jüngster Zeit sind auch Flächenheizelemente
bekannt geworden, die beispielsweise zur Erwärmung von Fässern großen Volumens genutzt werden.
Dabei handelt es sich um Wider standsheizelemente, die eine Ummantelung
aus Silikon aufweisen. Derartige Flächenheizelemente sind relativ
teuer und daher in ihrer Anwendung häufig auf den industriellen
Einsatz beschränkt.
Außerdem
hat sich gezeigt, daß die
silikonbeschichteten Heizelemente zwar in wassergeschützter Ausführung herstellbar sind,
jedoch nicht mit ausreichender Sicherheit vollständig wasserdicht ausgelegt
werden können,
so daß ihr
Einsatz innerhalb eines wässrigen
Mediums nicht möglich
ist. Die bekannten Anwendungen silikonisierter Flächenheizelemente
beschränken
sich auf die Erwärmung
der Zielkörper
von außen,
beispielsweise durch bandagenartiges Aufbringen auf metallische
Gehäuse.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
somit darin, einen Innenbehälter
in neuartiger Weise mit einem Heizelement zu kombinieren, welches
eine Flachbauweise ermöglicht,
unter gleichzeitiger Bereitstellung einer ausreichenden Flächenheizleistung.
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Diese Aufgabe wird erfinungsgemäß mit den Merkmalen
des gelöst.
Patentanspruchs 1 Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil,
daß das
Heizelement unmittelbar an eine beliebige Formgebung des Innenbehälters angepaßt ist.
Durch die Integration des Polymerheizkörpers in die Wandung kann ein großer Bereich
der Innenwand im jeweils unteren Abschnitt des Innenbehälters direkt
als Heizfläche
dienen. Der Polymerheizkörper
zeichnet sich dabei dadurch aus, daß selbst erhöhte Temperaturen,
die z.B. im Fehlerfall auftreten können, nicht zur Zerstörung des
Heizkörpers
oder des Innenbehälters
führen. Aufgrund
der Eigenschaften der verwendbaren Polymere ist eine dauerhafte
vollständige
Abdichtung des Widerstandsheizelements gewährleistet, so daß eine Stromzufuhr
in das gespeicherte Wasser nicht stattfindet.
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Sofern bei abgewandelten Ausführungsformen
eine Beschränkung
des Polymerheizkörpers aus
den unteren Bereich des Innenbehälters
nicht erforderlich oder gewünscht
ist, können
mehrere Polymerheizkörper
in verschiedenen Bereichen der Wandung des Innenbehälters integriert
sein. Die eintragbare Leistung läßt sich
damit erhöhen.
Bei Warmwasserspeichern, die sowohl als Untertischgerät aber auch
als Übertischgerät verwendet
werden können,
lassen sich 2 Polymerheizkörper
in den jeweiligen Endbereichen des Innenbehälters anordnen, die je nach
Einbaulage des Warmwasserspeichers in Betrieb gesetzt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, daß der
Innenbehälter
aus einer ersten Behälterschale
aus einem preiswerten Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, und einer
zweiten Behälterschale
aus einem temperaturbeständigen
Polymer mit dem integrierten Heizelement besteht. Die beiden Behälterschalen
sind entlang einer Verbindungskante wasserdicht miteinander verbunden.
Dies kann vorzugsweise durch die Anwendung eines Spiegelschweißverfahrens
geschehen. Diese Ausführungsform
kann besonders preiswert hergestellt werden, da nur ein geringer
Teil des Innenbehälters
aus dem etwas kostenintensiveren Polymer hergestellt werden muß. Zweckmäßigerweise
werden die üblichen
Wasserein- und -auslaufelemente an der ersten Behälterschale
in bekannter Weise angeordnet.
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Das Polymer, in welchem der entsprechende Heizwiderstand
eingeschlossen ist, kann beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK)
oder Polysulphon sein.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform besitzt
der Polymerheizkörper
einen Bereich mit besonders hoher Energiedichte, an welchem ein
Temperatursensor einer Überhitzungsschutzschaltung von
außen
angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, daß im Fehlerfall
im Bereich des Temperatursensors die Temperatur besonders schnell
ansteigt, wodurch die Überhitzungsschutzschaltung
den gesamten Polymerheizkörper
von der Stromversorgung abschaltet, bevor eine ernsthafte Gefährdung des
Warmwasserspeichers besteht.
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Es ist besonders zweckmäßig, wenn
der Innenbehälter
in Flachbauweise mit einem Verhältnis von
Tiefe zu Breite kleiner gleich 1:3 ausgebildet ist. Bei dieser konstruktiven
Gestaltung kommen die Vorteile des Polymerheizkörpers besonders zum tragen. Es
lassen sich dadurch besonders flache Warmwasserspeicher herstellen,
die beispielsweise in einem Küchenunterschrank
Platz finden, ohne den dort bereitgestellten Stauraum in unerwünschter
Weise zu reduzieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Warmwasserspeichern,
die bei einem Nutzvolumen von 10 Litern Bautiefen von etwa 30 cm
aufweisen, können unter
Anwendung der vorliegenden Erfindung Warmwasserspeicher mit gleichem
Volumen bereitgestellt werden, die eine Bautiefe von beispielsweise
12 cm haben.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und
Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform,
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Innenbehälters mit
einem Polymerheizkörper;
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2 eine
geschnittene Ansicht von vorn einer unteren Behälterschale des Innenbehälters.
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1 zeigt
einen Innenbehälter 1 in
einer geschnittenen Seitenansicht. In dieser Darstellung sind nur
die erfindungswesentlichen Merkmale eingezeichnet und sonstige Details
eines derartigen Innenbehälters
für Warmwasserspeicher
(wie Thermostat usw.) wurden aus Gründen der Vereinfachung nicht
dargestellt. Der Innenbehälter 1 besitzt
eine untere Behälterschale 2 und
eine obere Behälterschale 3.
Die beiden Behälterschalen 2, 3 sind
entlang einer Verbindungskante 4 wasserdicht miteinander
verbunden. Eine derartige wasserdichte Verbindung kann zum Beispiel
durch einen Spiegelschweißvorgang
erzielt werden, wenn die Behälterschalen 2, 3 aus
geeigneten Kunststoffen bestehen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Behälterschalen
auch in anderer Weise miteinander verbunden werden können, wobei
die Verbindungskante auch in einer Vertikalebene verlaufen kann,
wenn eine vordere und eine hintere Behälterschale zum Einsatz kommen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform
besitzt die untere Behälterschale 2 einen
in die Wandung integrierten Polymerheizkörper 5, der aus einzelnen
Heizwiderständen 6 besteht.
Die Heizwiderstände 6 sind
in der gezeigten Ausführungsform
allseitig von einem temperaturbeständigen Polymer eingeschlossen,
wobei die Polymerschicht an der Innenseite der entsprechenden Wandung
relativ dünn ausgelegt
ist, um einen möglichst
geringen Wärmeübergangswiderstand
zu liefern. Auf die Form und den Verlauf der Heizwiderstände 6 kommt
es nicht an.
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Das die Heizwiderstände 6 umgebende
Polymer bildet vorzugsweise die gesamte Wandung der unteren Behälterschale 2.
Bei abgewandelten Ausführungsformen
kann sich an die Polymerschicht nach Außen auch ein anderes Material,
beispielsweise ein wärmeisolierender Schaumstoff
anschließen, der
mit der Polymerschicht eine stoffschlüssige Verbindung eingeht.
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Im Betriebszustand durchfließt die Heizwiderstände 6 ein
Heizstrom, wodurch das im Innenbehälter gespeicherte Wasser erwärmt wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform
handelt es sich um einen Innenbehälter, der für den Einsatz in einem Untertischgerät konzipiert
ist. Sofern der Polymerheizkörper
in einem Innenbehälter
für ein Übertischgerät verwendet
werden soll, ist gegebenenfalls eine andere Positionierung des Polymerheizkörpers vorzusehen,
damit dieser auch bei nicht völlig
gefülltem
Innenbehälter
ohne die Gefahr einer Zerstörung
betrieben werden kann.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind an der oberen
Behälterschale 3 ein
Wassereinlauf 7' und
ein Wasserauslauf 8 angeordnet, die sich jeweils in bekannter
Weise in den Innenbehälter
erstrecken. Es ist auch jede andere Form der Zu- bzw. Abfuhr des
Wassers möglich.
Die obere Behälterschale 3 besteht
vorzugsweise aus einem relativ preiswerten Kunststoff, beispielsweise
Polypopylen. Der preiswerte Kunststoff muß nicht in der gleichen Weise
temperaturbeständig
sein, wie das in der unteren Behälterschale 2 eingesetzte
Polymer, da aufgrund des im Innenraum gespeicherten Wassers die Temperatur
in diesem Bereich 100°C
nicht überschreiten
wird. Ebenso sind Ausführungsformen denkbar,
bei denen mehrere Polymerheizkörper 5 an verschiedenen
Positionen des Innenbehälters
angeordnet sind.
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Die Regelung der Heizleistung kann
in herkömmlicher
Weise erfolgen, indem über
einen Temperaturfühler
(nicht gezeigt) die Temperatur des gespeicherten Wassers ermittelt
und zur Beeinflussung der Heizleistung ausgewertet wird. Ebenso
sollten bekannte Maßnahmen
zur Realisierung eines Überhitzungsschutzes
vorgesehen werden. Die in 1 dargestellte
Ausführungsform
weist einen an der Außenseite
angeordneten Temperaturfühler 9 auf.
Der Temperaturfühler 9 ist
in unmittelbarer Nähe
des Polymerheizkörpers 5 angebracht,
so daß er
dessen Betriebstemperatur mit einer geringen Verzögerungszeit
ermittelt.
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2 zeigt
die untere Behälterschale 2 in
einer geschnittenen Ansicht von vorn. Es ist erkennbar, daß der Polymerheizkörper 5 mit
den Heizwiderständen 6 über die
gesamte Breite der Behälterschale verläuft. Der
Heizwiderstand 6 besitzt bei einer zweckmäßigen Ausführungsform
einen Bereich mit erhöhter
Energiedichte 10, beispielsweise einen Abschnitt mit größerer Flächenausdehnung.
In der Nähe
des Bereichs 10 wird der Temperaturfühler 9 planiert, so
daß eine
Temperaturüberhöhung sehr schnell
feststellbar ist.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform könnte der
Bereich erhöhter
Energiedichte auch mit einem verringerten Querschnitt ausgebildet
sein, um so eine irreversible Überhitzungssicherung
darzustellen. Das Durchbrennen einer derartigen Sicherung würde jedoch
den Austausch des kompletten Polymerheizkörpers erforderlich machen.
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Es ist zu beachten, daß die dargestellten
Erstreckungen der Heizwiderstände
nur beispielhaft sind und auch Polymerheizkörper mit größerer Flächenausdehnung eingesetzt werden
können.
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Wie in Zusammenschau der n 1 und 2 deutlich wird, können unter
Verwendung des neuartigen Polymerheizkörpers sehr flache Innenbehälter aufgebaut
werden, da die für
das gespeicherte Volumen erforderliche Heizleistung auf einer relativ
großen
Fläche
bereitgestellt wird. Mit diesem flachen Innenbehälter lassen sich dann entsprechend
flache Heißwasserspeicher
aufbauen, bei denen das Verhältnis
von Tiefe zu Breite kleiner oder gleich 1:3 ist. Der dargestellte
Innenbehälter
kann beispielsweise eine Breite mit einem lichten Innenmaß von 60
mm haben, wobei der Polymerheizkörper
beispielsweise in den unteren 40 mm der unteren Behälterschale
angeordnet ist. Die Breite eines geeigneten Innenbehälters ist
bei den angegebenen Werten etwa 300 mm, so daß sich ein Verhältnis von
Tiefe zu Breite mit 1:5 ergibt. Damit ein Speichervolumen von etwa
5 Litern bereitgestellt werden kann, müßte der Innenbehälter bei
einer Breite von 300 mm und einer Tiefe von 60 mm etwa eine Höhe von 300
mm besitzen. Die Gesamttiefe eines entsprechenden Warmwasserspeichers
erhöht
sich um den Betrag der Dicke der Isolierung und der sonstigen Gehäuse- teile.