DE2131242A1 - Heizelement fuer warmwassererzeuger - Google Patents

Description

Deutsche Vortex GmbH ■ DK 1221/1D

Heizelement für Warmwassererzeuger'

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizelement zur elektrischen Beheizung von Wasser. Im Wasser sind Salze, insbesondere Sulfate, enthalten, deren Löslichkeit mit zunehmender Temperatur abnimmt, andere Salze wiederum gehen mit Kohlendioxid wasserunlösliche Verbindungen ein, die wiederum bevorzugt an den heissesten Flächen auskristallisieren. Deshalb findet man an den Widerßtandsheizelementen in Warmwasserspeichern starke Schichten von Wasserstein. Dieser Wasserstein hat eine Wärmeleitfähigkeit, die etwa tausendmal schlechter ist als die der Kupferwandung der Heizelemente« Während ein Heizelement, welches direkt mit dem Wasser in wärmeleitendem Kontakt steht, aufgrund der extrem guten Wärme-Übergangszahl mit 40 bis 80 W/cm thermisch belastbar ist, sinkt die Belastbarkeit bei einem Wassersteinansatz von nur 4 mm auf ein Zwanzigstel dieses Wertes ab. Dies ist der Grund, weshalb die Heizelemente im stationären Warmwassererzeuger axisserordentlich gross sind, während beispielsweise Tauchsieder gleicher Heizleistung sehr klein gehalten werden können und deshalb sehr viel weniger Material erfordern. Der Wassersteinansatz ist'jedoch auch die Ursache für die endliche Lebensdauer solcher Heizelemente, denn sobald die Schichtdicke des Wassersteins eine vorgegebene Stärke überschreitet, steigt die Temperatur des eigentlichen Heizelementes bis oberhalb der zulässigen Grenze an.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil durch Heizelemente, deren Wandungen bei jedem Einschalten und x\bschalten eine Verformung erleiden, so dass die während der Aufheizperiode angesetzten Wassersteinschichten abplatzen.

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Die Befreiung wärmetauschender Oberflächen von Salzschichten durch Verformung dieser Oberflächen ist an sich bekannt. Es sind Einrichtungen beschrieben, bei denen die Trennwand zwischen zwei im Wärmetausch stehenden fliessbaren Massenströme durch mechanische oder auch hydraulische Einrichtungen gerüttelt wird. Alle bekannten Einrichtungen jedoch führen zu kostspieligen und deshalb für die Anwendung im Haushalt ungeeigneten Lösungen.

Die Erfindung dagegen bezieht sich auf ein Heizelement zur Wassererhitzung, welches in der Herstellung billiger ist als vergleichbare Heiz einrichtungen und welches darüber hinaus viel kleiner, damit platzsparend und leichter, damit materialsparend ausgebildet werden kann und welches eine praktisch unbeschränkte Lebensdauer aufweist. Aufgrund dieser fast unbeschränkten Lebensdauer ist die Möglichkeit gegeben, Warmwassererzeuger herzustellen, die wie Rohrleitungen an unzugänglichem Ort eingebaut und beispielsweise auch innerhalb der Wandungen eingemauert sein können, während alle bekannten Warmwassererzeuger an zugänglichem Ort angebracht werden müssen, damit von Zeit zu Zeit das Heizelement ausgetauscht werden kann. Auch erübrigen sich alle Massnahmen zur Entkalkung von Warmwassererzeugern, wie sie bei Geräten nach dem Stand der Technik üblich sind, da das erfindungsgemässe Heizelement zwar auch zur Ausfällung des Wassersteines führt, diesen Wasserstein jedoch in Form dünnster Schuppen abgibt, die vom Wasserstrom fortgetragen werden, so dass jegliche Wassersteinansammlung ausgeschlossen ist. . s ■' '

Das erfindungsgemässe Heizelement besteht aus einem Membran-Hohlkörper, der als Rotationskörper aufgebaut ist, und einem thermisch hoch belastbaren Heizelement, welches vorzugsweise aus Wolfram gebildet wird und im Aufbau der Glühwendel einer Glüh-

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lampe, jedoch mit wesentlich stärkerem Widerstands draht entspricht. Das Innere des Gerätes ist mit einem inerten Gas gefüllt, dessen Druck sich erhöht, sobald das Heizwendel eingeschaltet ist. Durch die Druckerhöhung erleidet die Wandung eine elastische Verformung, die ein Abspringen bis dahin angesetzter Wassersteinschichten bewirkt.

Die Erfindung soll anhand der Figurenbeschreibung erläutert werden.

Figuren 1 und 2 zeigen einen Längs- und Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Heizelement. Die beiden Zuleitungen 1 und V versorgen das Doppelwendel 2, welches durch Metallträger 16 annähernd auf .einem Kreisbogen gehalten wird, mit Strom. Als Heizleitermaterial findet die von Glühlampen bekannten Wolfram-Legierungen Verwendung, deren Temperatur jedoch etwas niedriger liegt als bei Glühlampen-Betrieb. Bereits bei 2800 beträgt die Lebensdauer 40. 000 Stunden gegenüber die der Glühlampen von rund 1000 Stunden. Bei dieser hohen Temperatur wird fast die gesamte Wärmeleistung in Form von Strahlung an die Wandung des Membrankörpers 3 und 3' abgegeben. Die Wandungen 3 und 3' des Membrankörpers bestehen aus elastisch verformbarem, korrosionsbeständigem Material, z. B. Nickel-Bronze. Es hat sich gezeigt, dass zwei aufeinanderliegende Schichten zu grösseren Verformungsamplituden und kleineren Materialbelastungen führen, deshalb werden die Wandungen 3 und 3' bevorzugt als Doppelwandungen ausgebildet und am Umfang 4 durch Rollnahtverschweissen oder Löten unlösbar miteinander verbunden. Die im Inneren befindlichen Isolationskörper 5 und 6 bestehen aus Keramik, die Durchführung der Zuleitung 1 und 1' kann durch Glas 7 oder auch durch Kunststoff erfolgen. Das Innere 8 ist mit Edelgas gefüllt. Der Gasdruck wächst

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beim Einschalten des Stromes und beide Membrankörper 3 und 3' erfahren eine Verformung. Das Gerät ist über einen Endflansch 9 mit dem Wassertank 10 des Warmwassererzeugers verbunden.

Die Verbindung kann vorzugsweise durch Verlöten erfolgen. Die Wandung 10 sollte eine vertikale Wandung sein, das Gerät sollte im unteren Bereich des Speichergefässes angeordnet sein. Im Inneren der Säule 11 befindet sich ein Thermoschalter 12, der über einen Kupferstab 13, welcher langer ist als der Radius des Membrankörpers 3 und 3' wärmeleitend mit dem Inneren des Wassertankes 10 verbunden ist. Dieser Kupferstab durchsetzt eine thermische Isolation 14. Sobald der Wasserspiegel die Niveaulinie 15 unterschritten hat, beginnt Wasser zu verdampfen. Die Dampftemperatur pflanzt sich über den Kupferstab 13 bis zum Thermoschalter 12 fort, wodurch dieser bis zur Unterschreitung eines vorgegebenen Temperaturbereiches ausschaltet.

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Claims (7)

Nikolaus Laing DK 1221/1P Q -5 - Patentansprüche

1., Heizelement für Warmwassererzeuger mit einem Widerstandsheizleiter, einer mit dem Wasser im Wärmetausch stehenden Wandung und einer Isolation zwischen Heizleiter und Wandung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung als Membrankörper (3 und 3') ausgebildet wird, während der Heizwiderstand aus thermisch hoch belastbarem Material, z.B. Wolfram, besteht, der im Inneren des Membrankörpers (3 und 3') angeordnet ist, welcher mit einem inerten Gas gefüllt ist und dessen Druck sich unter dem Einfluss der Wärme des Heizwiderstandes (2) verändert, wodurch der Membrankörper eine Verformung erfährt.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter aus einer Wolfram-Legierung besteht.

3. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankörper(3 und 3') aus Nickel-Bronz.e besteht.

4. Heizelement nach Anspruch 1 und gegebenenfalls 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankörper in an sich bekannter Weise aus mehreren Metallblechschichten besteht.

5. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement mit einem Fuss versehen ist, in welchem sich ein Thermoschalter 12 befindet.

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6. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoschalter mit dem nach oben weisenden Bereich des Membrankörpers(3 und 3') wärmeleitend verbunden ist.

7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Isolation 14 geführter Metallstab 13 oberhalb des Membrankörpers (-3 und 3*) mit dem Thermoschalter 12

- wärmeleitend verbunden ist.

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