DE2300561A1

DE2300561A1 - ELECTRODES FOR WATER HEATING

Info

Publication number: DE2300561A1
Application number: DE19732300561
Authority: DE
Inventors: Dieter Gadatsch; Karl-Heinz Thiel
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1973-01-08
Filing date: 1973-01-08
Publication date: 1974-07-11

Description

Elektroden zur Wasserbeheizung Die Erfindung betrifft Elektroden zur Wasserbeheizung mit einander gegenüberliegenden wirksamen Flächen, etwa für Heißwasserbereiter. Electrodes for water heating The invention relates to electrodes for water heating with opposing effective surfaces, for example for Hot water heater.

Solche Elektroden sind in verschiedenen Anordnungen und Ausbildungen bekannt. Stets treten dabei unerwünschte Ableitströme auf, die man - ebenfalls auf verschiedene Weise -natürlich zu vermeiden sucht. Außer besonderer, aufwendiger in dieser Hinsicht aber erfolgloser Ausbildung der Elektroden selbst versucht man dies zum Beispiel zu erreichen durch Vorrichtungen in Art eines Faraday'schen Käfigs, etwa einer Metallgazeglocke oder dergleichen, welche alle Elektroden eines Wasserbehälters in ihrer Gesamtheit überdeckt und mit dem Nulleiter verbunden ist.Such electrodes come in various configurations and designs known. Unwanted leakage currents always occur, which one - also occurs different ways -of course to avoid seeking. Except special, more elaborate In this regard, however, attempts are made to design the electrodes themselves without success to achieve this, for example, by means of devices in the manner of a Faraday cage, for example a metal gauze bell or the like, which has all the electrodes of a water container is covered in its entirety and connected to the neutral conductor.

Da es sich als notwendig erwiesen hat, aus Gründen der Dauerhaftigkeit und der gesicherten guten elektrischen Funktion die Elektroden - zumindest in ihrem elektrisch wirksamen Bereich -aus hochwertigem Material, zum Beispiel Titan, zu fertigen und zu platinieren (Platinbeschichtung von zum Beispiel 3 ), muß man aber auch alle mit dem Nulleiter - als welchen man meistens das am Wassernetz angeschlossene Oberlaufrohr verwendet - in Verbindung stehende Teile im Wasserbehälter - wie zum Beispiel die genannte Gazeglocke sowie der Nulleiter selbst und ebenfalls zumindest die innerhalb des Faraday'schen Käfigs einmündenden weiteren Rohre und dergleichen-aus diesem sehr teueren und schwierig zu verarbeitenden Material herstellen und platinieren. Dies fällt bei Großserien, in denen zum Beispiel Heißwasserbereiter hergestellt werden, außerordentlich ungünstig ins Gewicht und trotzdem kann durch einen derartigen, mit Nulleiter verbundenen Faraday'schen Käfig nicht das Auftreten der nachteiligen und störenden Ableitströme vermieden werden.As it has been found necessary, for the sake of durability and the guaranteed good electrical function of the electrodes - at least in theirs electrically effective area - made of high quality material, for example titanium manufacture and platinize (platinum coating of, for example, 3), but you have to also all with the neutral conductor - as which one is usually the one connected to the water network Head pipe used - related parts in the water tank - such as for Example, the aforementioned gauze bell as well as the neutral conductor itself and also at least the other pipes and the like opening into the Faraday cage Manufacture and platinize this very expensive and difficult to process material. This is the case with large series, for example Hot water heater are produced, extremely unfavorable in weight and still can through such a Faraday cage connected to neutral does not occur the disadvantageous and disruptive leakage currents can be avoided.

Die geschilderte Materialanpassung ist notwendig, weil bei Verwendung billiger Materialien für die erwähnten Teile im Gegensatz zu den Elektroden frühere und stärkere Oxydation und Korrosion und damit Veränderung der elektrischen Widerstandswerte an diesen erwähnten Teilen auftreten würden, was wiederum die aus Sicherheitsgründen erforderliche einwandfreie Stromleitung zum und im Nulleiter beeinträchtigen und stören kann sowie für den Zündvorgang von elektronischen Schaltmitteln schädliche Veränderungen des Nulleiterpotentials bewirkt.The described material adjustment is necessary because when using it cheaper materials for the mentioned parts as opposed to the electrodes earlier and stronger oxidation and corrosion and thus a change in the electrical resistance values on these mentioned parts would occur, which in turn is for safety reasons impair the required flawless power line to and in the neutral conductor and can interfere as well as harmful to the ignition process of electronic switching devices Causes changes in the neutral conductor potential.

Die zuletzt beschriebenen, äußerst unerwünschten Folgen sicher zu vermeiden, bei jedoch gleichzeitiger wesentlicher Verbilligung durch zumindest teilweise Einsparung des teueren Werkstoffes, zum Beispiel Titan und Platin, und bei gleichzeitig baulich einfacher und sehr wirksamer Gestaltung und Anordnung der Elektroden unter Ausschaltung aller Ableitströme, ist Aufgabe der Erfindung.The last described, extremely undesirable consequences are sure to Avoid, but at the same time substantial cheaper by at least partially Saving the expensive material, for example titanium and platinum, and at the same time structurally simpler and very effective design and arrangement of the electrodes under The object of the invention is to eliminate all leakage currents.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Ausbildung der Elektroden als jeweils einander zugeordnete Innen- und Außenelektroden derart, daß jede Innenelektrode separat auf mindestens ihrem elektrisch wirksamen Längenbereich konzentrisch umgeben ist von einem beidstirnseitig offenen ansonsten aber geschlossenen, als Außenelektrode wirksamen Mantel, der mit dem Nulleiter sowie - ggf. - mit den ihrerseits mit gleichem Nulleiter verbundenen Mänteln aller anderen im Wasserbehälter befindlichen Innenelektroden direkt verbunden ist, wobei besagte Mäntel mittels gegen Wasser isolierter Befestigung derart angeordnet und dimensioniert sind, daß sie die Innenelektroden in deren elektrisch isoliertem Fußbereich in Nähe des Wasserbehälterbodens nicht umgeben.According to the invention, this object is achieved by designing the electrodes as internal and external electrodes assigned to one another in such a way that each internal electrode separately surrounded concentrically on at least their electrically effective length range but is otherwise open at both ends closed, acting as the outer electrode jacket, the one with the neutral conductor and - if necessary - with the in turn, connected to the same neutral conductor jackets of all the others in the water tank located internal electrodes is directly connected, said jackets by means of Fastening insulated against water are arranged and dimensioned in such a way that the inner electrodes in their electrically insulated foot area near the bottom of the water tank not surrounded.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei Verwendung einer Elektrodengruppe mit 380 V-Anschluß die drei als Außenelektroden wirkenden, miteinander verbundenen und jeweils eine Innenelektrode umgebenden Mäntel im Querschnitt symmetrisch und konzentrisch zueinander angeordnet sind und in ihrem Anordnungszentrum den mit allen drei Mänteln ebenfalls verbundenen Nulleiter (Mittelpunktleiter) aufweisen.An advantageous development of the invention is characterized by this from the fact that when using an electrode group with a 380 V connection, the three are used as external electrodes acting, interconnected and each surrounding an inner electrode sheaths are arranged symmetrically and concentrically to one another in cross section and in their Arrangement center the neutral conductor (center conductor) also connected to all three jackets exhibit.

Auch zwischen den Elektroden, die im übrigen durch ihre Bauart eine gute Funktion bei gleichmäßigem Abtrag aufweisen, fließen nun keine Ableitströme mehr. Man stellt jetzt außer den Innenelektroden md einem Teil des Nulleiters nur noch die das geschlossene System bildenden als Außenelektroden wirkenden Mäntel aus hochwertigem Material, etwa Titan, her, was wesentlich einfacher und billiger ist als bisher verwendete andersartige Käfige aus hochwertigen Werkstoffen.Platinbeschichtet werden nur die Innenflächen der Mäntel, die mit den gleichfalls platinierten Außenflächen der Innenelektroden zusammenwirken.Also between the electrodes, which are by their design a have good function with uniform removal, no leakage currents flow more. In addition to the internal electrodes, one only places part of the neutral conductor nor the jackets that form the closed system and act as external electrodes made of high quality material, such as titanium, which is much easier and cheaper is made of high-quality materials than previously used, platinum-coated cages only the inner surfaces of the jackets, those with the also platinum-plated outer surfaces the inner electrodes interact.

Der aus hochwertigem Material zu fertigende Teil des Nullleiters kann hier infolge der erfindungsgemäßen Bauart relativ klein und kurz gehalten werden, wie näher aus der Zeichnungsbeschreibung hervorgeht. Alle außerhalb des geschlossenen Systems mündenden Rohre - und das sind durch die erfindungsgemäß bedingte raumsparende Anordnung des Systems sämtliche im Wasserbehälter des Gerätes erforderlichen Rohre - können elektrisch völlig neutral bzw. geerdet angeordnet werden und aus einfachem, billigem Material hergestellt sein.The part of the neutral conductor that is to be manufactured from high-quality material can are kept relatively small and short here due to the design according to the invention, as can be seen in more detail in the description of the drawing. All outside of the closed System opening pipes - and that are due to the inventive space-saving Arrangement of the system all pipes required in the water tank of the device - can be arranged electrically completely neutral or grounded and from simple, be made of cheap material.

Besonders günstig wirkt sich die Erfindung bei einer Elektrodengruppe mit 380 Volt-Anschluß aus. Nicht allein die baulichen und kostenmäßigen Vorteile sind hier zu nennen, sondern durch die erfindungsgemäße Ausführung wird zugleich ein Betrieb in reiner Sternschaltung möglich, während sich bei bisherigen an Drehstrom liegenden Elektrodengruppen weder ein Betrieb in zum Beispiel reiner Stern- noch Drelecksschaltung, sondern stets ein gemischter Betrieb einstellte, bei welchem nur unter beträchtlichem elektronischen Bauaufwand die Erzielung der bekannten Nullpunktzündung zur Verhinderung einer unzuläsSigen, funkstörenden Phasenanschnittssteuerung bei Verwendung elektronischer Schaltmittel, etwa Triacs, möglich war. Bei dem nunmehr vorliegenden echten Sternschaltungsbetrieb ist diese Nul-lpunktzündung auf einfache, bekannte Weise bewirkbar.The invention has a particularly favorable effect in the case of an electrode group with a 380 volt connection. Not just the structural and cost advantages are to be mentioned here, but through the implementation according to the invention is at the same time an operation in a pure star connection possible, while with previous three-phase current lying electrode groups neither an operation in, for example, pure star nor Drelecksschalts, but always set a mixed operation, in which the known zero point ignition can only be achieved with considerable electronic construction effort to prevent an impermissible, radio-disruptive phase angle control Use of electronic switching means, such as triacs, was possible. With that now present real star connection, this zero point ignition is simple, known way.

Mit Vorteil bildet man jeden erfindungsgemäßen, als Außenelektrode wirksamen Mantel als Rohr kreisrunden Querschnittes bei Verwendung entsprechender rohr- oder vollstabförmiger Innenelektroden aus. Dabei kann für eine Elektrodengruppe mit 380 Volt-Anschluß die Ausbildung des Nulleiters als im Querschnitt alle drei Mäntel tangierendesRohr kreisrunden Querschnittes erfolgen.Each of the invention is advantageously formed as an external electrode effective jacket as a tube of circular cross-section when using the appropriate tubular or solid rod-shaped internal electrodes. For one electrode group with a 380 volt connection the formation of the neutral conductor than all three in cross-section Sheaths tangent pipe take place circular cross-section.

Weitere günstige Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes sind zu sehen in der direkten Verbindung jedes Mantels mit einem als Fuß dienenden schmalen Steg gleichen Materials, der seinerseits mit dem Nulleiter verbunden und mit diesem zusammen gegen das umgebende Wasser elektrisch isoliert ist sowie darin, daß der Nulleiter zugleich als mechanisches Funktionsbauteil eines Heißwasserbereiters, etwa als Reglerschutzrohr, ausgebildet ist.Further favorable designs of the subject matter of the invention can be seen in the direct connection of each jacket with a narrow bar serving as a foot same material, which in turn is connected to and with the neutral conductor is electrically insulated from the surrounding water and in that the neutral conductor at the same time as a mechanical functional component of a hot water heater, for example as a regulator protection tube, is trained.

Die genannten Verbindungen werden in vorteilhafter Weise als Schweiß- oder Lötverbindungen der formschlüssig aneinanderliegenden Bauteile ausgeführt.The compounds mentioned are advantageously used as welding or soldered connections of the positively adjacent components.

An Hand der schematischen Zeichnungsdarstellungen werden im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung weiter beschrieben, wobei weitere erfinderische Einzelheiten erkennbar werden.On the basis of the schematic drawings, in the following Embodiments of the invention further described, with further inventive Details become recognizable.

Figur 1 zeigt in einer Draufsicht auf den Wasserraum bzw. die Flanschplatte eines Heißwasserbereiters eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung und -ausbildung für 380 Volt-Anschluß. Figure 1 shows a plan view of the water space or the flange plate a hot water heater an electrode arrangement and training according to the invention for 380 volt connection.

Figur 2 zeigt in einer entsprechenden Draufsicht die Ausführung für 220 Volt-Anschluß. Figure 2 shows in a corresponding plan view the design for 220 volt connection.

Figur 3 stellt im Schnitt A-B der Figur 2 die Innenelektrode und den als Außenelektrode wirkenden, ihr zugeordneten Mantel dar. FIG. 3 shows the inner electrode and in section A-B of FIG represents the jacket that acts as the outer electrode and is assigned to it.

Die Figuren zeigen, wie die Innenelektroden 1 jeweils separat auf ihrem elektrisch wirksamen Längenbereich von den zugleich als Außenelektroden wirksamen Mänteln 2 umgeben sind. Beide Teile 1, 2 sind hier als auf ihren einander zugewandten Flächen platinbeschichtete Titanrohre ausgeführt, mit angeschweißten, als Füße dienenden schmalen Stegen 3, 4. Steg 4 ist mit dem Nulleiter 5 direkt verbunden bzw. im Bereich des Wasserraumes (Wasserbehälter) 6 selbst als solcher ausgebildet und gegen das Wasser - zur Verhütung von Ausgleichströmen - mit einem elastischen Kunststoff-Schrumpfschlauch 7 isoliert, ebenso wie die Elektrodenstege 3.The figures show how the internal electrodes 1 each separately their electrically effective length range from those that also act as external electrodes Coats 2 are surrounded. Both parts 1, 2 are here as facing each other Surface made of platinum-coated titanium tubes with welded-on feet that serve as feet narrow webs 3, 4th web 4 is directly connected to the neutral conductor 5 or in the area of the water space (water tank) 6 itself designed as such and against the Water - to prevent equalizing currents - with an elastic plastic shrink tube 7 is insulated, as are the electrode webs 3.

Die Fortsetzung der Elektrodenfüße 3, 4 in der und jenseits der Flanschplatte 8, ebenso wie Einzelheiten des elektrischen Anschlusses, sind nicht gezeigt.The continuation of the electrode feet 3, 4 in and beyond the flange plate 8, as well as details of the electrical connection, are not shown.

Der gemäß Figur 3 direkt an den die Außenelektrode bildenden Mantel angeschweißte Nulleiter (Steg 4) - gleichfalls aus Titan - ist jenseits der Flanschplatte mit einem Fortsatz (nicht gezeichnet) aus zum Beispiel Kupfer vernietet. Auch bei einer Anordnung gemäß Figur 1 kann der Nulleiter (Mittelpunktleiter) derart aus zwei verschiedenen Materialien ausgeführt sein, Er ist hier überdies zugleich als Regler-Schutzrohr 9 ausgebildet und tangiert als solches im Querschnitt dle drei Mäntel 2 bzw. deren Fußstege 4, welche ähnlich wie im Falle der Figur 3 der Rohrform folgend angeschweißt sind.According to FIG. 3, directly to the jacket forming the outer electrode welded neutral conductor (web 4) - also made of titanium - is on the other side of the flange plate riveted with an extension (not shown) made of, for example, copper. Also at an arrangement according to Figure 1, the neutral conductor (center conductor) such two different materials, it is also here at the same time as Regulator protective tube 9 is formed and is tangent as such in cross section dle three Coats 2 or their foot webs 4, which are similar to the case of Figure 3 of the tubular shape are welded on below.

Der Nulleiter ist ferner an alle drei Mäntel 2 angeschweißt und jenseits der Flanschplatte auch mit einem aufgeschraubten Fortsatz aus billigerem Material versehen. Natürlich sind auch die drei Mäntel in Figur 1 miteinander verschweißt, wie aus dem Bild zu erkennen.The neutral conductor is also welded to all three jackets 2 and beyond the flange plate with a screwed-on extension made of cheaper material Mistake. Of course, the three jackets in Figure 1 are also welded together, as can be seen from the picture.

An den Innenelektroden 1 liegen in Figur 1 die Phasen und aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß die als Außenelektroden wirksamen Mäntel 2 zugleich Mittelpunktleiter sind.The phases and from the are on the internal electrodes 1 in FIG As stated above, it follows that the jackets 2, which act as external electrodes, are at the same time Center conductors are.

Pfeile C in Figur 3 deuten den Verlauf einer beim Aufheizen auftretenden, durch die konzentrische Anordnung der Elektrodenpaare 1, 2 in sich ausgelöste Wassarzirkulation an. Diese bewirkt eine weitgehend gleichmäßige Temperatur im Wasserbehälter, d.h. sie verhindert die ansonsten sich einstellende, unerwünschte Temperaturschichtung im Wasserbehälter.Arrows C in Figure 3 indicate the course of a occurring during heating, water circulation triggered by the concentric arrangement of the electrode pairs 1, 2 at. This causes a largely uniform temperature in the water tank, i.e. it prevents the undesirable temperature stratification that would otherwise occur in the water tank.

Ferner sind in den Figuren mit 10 das Oberlaufrohr, mit 11 das Einlaufrohr und mit 12 ein weiteres Reglerschutzrohr bezeichnet.Furthermore, in the figures with 10 the top pipe, with 11 the inlet pipe and designated by 12 another regulator protection tube.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c- h e

1.) Electrodes for water heating with opposite one another effective surfaces, e.g. for hot water heaters internal and external electrodes assigned to one another in such a way that each internal electrode (1) separately concentric to at least their electrically effective length range is surrounded by an open at both ends but otherwise closed, as Outer electrode effective jacket (2), the one with the neutral conductor and - if necessary - with the in turn connected to the same neutral conductor jackets (2) of all the others in the water tank located internal electrodes (1) is directly connected, said jackets by means of Fastening insulated against water are arranged and dimensioned in such a way that the inner electrodes (1) in their electrically insulated foot area near the Do not surround the bottom of the water tank

2. Electrodes according to claim 1, characterized in that g e k E n n z e i c h -n e t that when using an electrode group with a 380 volt connection the three acting as external electrodes, interconnected and one each Inner electrode (1) surrounding jackets (2) symmetrically and concentrically in cross section are arranged to each other and in their center of arrangement with all three coats also have connected neutral conductor (center conductor) (9).

3. Electrodes according to claim 1 or 2, g e k e n n z e i c h n e t by forming each jacket (2) as a tube with a circular cross-section, when used Corresponding tubular or solid rod-shaped internal electrodes.

4. Electrodes according to claim 3 in conjunction with claim 2, g e k e n n z e i c h n e t due to the formation of the neutral conductor than all three in cross-section Coats of tangent pipe of circular cross-section.

5. Electrodes according to one of claims 1 to 4, g e k e n nz e i c h n e t by direct connection of each jacket (2) with a narrow one serving as a foot Bridge of the same material, which in turn is connected to and with the neutral conductor together are electrically isolated from the surrounding water.

6. Electrodes according to one of claims 1 to 5, characterized in that g e -k e n It is clear that the neutral conductor is also a functional mechanical component of a hot water heater, for example as a regulator protection tube.

7. Electrodes according to one of claims 1 to 6, g e k e n n -z e i c h n et by making the named connections as welded or soldered connections, the form-fitting adjacent components.

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