DE3404840C2 - Elektrisch beheizter Warmwasserbereiter, insbesondere Elektrospeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Warmwasserbereiter, insbesondere Elektrospeicher, bestehend aus einem Wasserbehälter und wenigstens einer an dessen Mantel befestigten und in das In­ nere desselben hineinragenden Elektropatrone, die zumindest eine Heiznadel, einen Thermostat, insbe­ sondere einen Stab- oder Kapillarrohrthermostat, und vorzugsweise einen Grenztemperaturschalter um­ faßt, wobei der Thermostat vollständig innerhalb des von der wenigstens einen, insbesondere U-förmig gebogenen Heiznadel gebildeten Raumes angeordnet ist.

Bei den meisten bekannten Elektrospeichern werden die Elektropatronen horizontal oder vertikal einge­ baut. Das Problem dieser Elektropatronen-Ausführung mit dem integrierten Thermostaten liegt im soge­ nannten "Aufschaukeln" der Brauchwassertemperatur bei kleinen und häufigen Warmwasserentnahmen, wenn zum Beispiel mehrere Entnahmestellen an einen Boi­ ler angeschlossen sind. Aufgrund des von den Heiz­ nadeln umhüllten Thermostatfühlers tritt in Verbin­ dung mit den oben genannten kurzzeitigen und häufi­ gen Warmwasserentnahmen der Umstand ein, daß die Brauchwassertemperatur durch das Nachheizen konti­ nuierlich ansteigt. Es ist somit ohne weiteres mög­ lich, bei einer mit dem Thermostaten eingestellten Brauchwassertemperatur von zum Beispiel 85°C durch das "Aufschaukeln" Temperaturen von über 100°C zu erreichen, das heißt, ein exaktes Regeln ist unab­ hängig von der eingestellten Thermostat-Temperatur nicht möglich. Eine zu hohe Speichertemperatur hat jedoch folgende Nachteile: Erhöhte Energieverluste im Bereich des Speichers, erhöhte Energieverluste im Bereich der Warmwasser- beziehungsweise Zirkula­ tionsleitungen, erhöhte Verbrühungsgefahr und er­ höhte Verkalkungsprobleme.

Bei dem bekannten elektrisch beheizten Wasserspei­ cher nach der AT-PS 231 585 ist keine Elektropa­ trone vorhanden. Der Heizkörper und der Temperatur­ regler sind vielmehr baulich voneinander getrennt, und der Temperaturregler ist auch nicht vollständig innerhalb des Heizkörpers angeordnet, sondern teil­ weise außerhalb desselben. Der Thermostat ist in bezug auf die Horizontale geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel des Thermostaten beträgt dabei etwa 45°, das heißt, der Thermostat ist ziemlich steil geneigt. Der Heizkörper ist im wesentlichen verti­ kal angeordnet. Der Thermostat ist so steil ange­ ordnet, um die Temperatur im unteren Bereich des Behälters zu messen und entsprechend zu schalten. Durch die steile Neigung des Thermostaten und durch die Trennung von Thermostat und Heizeinrichtung wird eine Übergangszone von ziemlicher Höhe gebil­ det. Wenn dabei der Thermostat ein Kapillarrohr­ thermostat ist bei dem die Temperatur im wesentli­ chen nur am freien Ende, das heißt, im vorliegenden Fall am unteren Ende, gemessen wird, kommt es un­ zweifelhaft in Folge der relativ großen Übergangs­ zone zu dem Aufschaukeln der Temperatur. Der Ther­ mostat mißt dann nur die Temperatur der Übergangs­ zone im unteren Bereich; die Temperatur des bereits erwärmten Wassers in der darüberliegenden Zone bleibt im wesentlichen unberücksichtigt.

Wenn der Thermostat hingegen ein Stab-Thermostat ist, so mißt dieser die durchschnittliche Tempera­ tur der relativ hohen Übergangszone. Es wird also eine Durchschnittstemperatur der Übergangszone zum Ausgangspunkt genommen, wodurch eine exakte und schnelle Regelung der Temperatur beeinträchtigt wird. In gewissem Maße wird es hierbei auch zu ei­ nem Aufschaukeln kommen, da sich der Heizkörper auch über einen Höhenbereich erstreckt, wo keine Temperaturmessung stattfindet.

Aus der DE-PS 5 90 131 ist eine Heizanordnung für Warmwasseraufbereiter bekannt, bei der sowohl die Heizrohre als auch der Temperaturfühler von einer Blechhülse umgeben sind, so daß Temperaturfühler und Heizrohr zu einer Baueinheit verschmelzen. Hierdurch erreicht man, daß der Wärmefluß vom Heiz­ rohr zum Fühler nicht behindert wird. Nachteilig ist, daß der Wärmefluß über die wärmeleitende Brücke durch sprudelnde Flüssigkeit beeinflußt wer­ den kann, so daß sich das Abschalten des Heizstroms ungewollt verzögert.

Aus der US 2 307 061 geht eine elektrisch beheizter Warmwasserbereiter hervor, bei dem sich der Thermo­ stat oberhalb der Heiznadel befindet. Auch hier kann der Wärmefluß durch hochsprudelnde Flüssigkeit gestört und dadurch das Abschalten des Heizstroms verzögert werden.

Die deutsche Auslegungsschrift 10 27 818 zeigt einen elektrischen Heizkörper, insbesondere Rohr­ heizkörper mit einem an seiner Oberseite angeordne­ ten Temperaturfühler. Heizrohr und Temperaturfühler verschmelzen daher zu einer Baueinheit, wobei wie­ derum hochsprudelnde Flüssigkeit eine wärmeleitende Brücke zwischen den Teilen kühlen und das Abschal­ ten des Heizstromes verzögern kann.

Aus der DE-AS 12 61 255 geht ein im wesentlichen U- förmig gebogenes Heizrohr hervor, dem ein rohrför­ miger Fühler innerhalb einer Rohrhülse zugeordnet ist. Die Rohrhülse liegt an dem Heizrohr an, so daß ein guter Wärmekontakt gewährleistet ist. Tempera­ turfühler und Heizrohr bilden eine Baueinheit, so daß die bereits vorstehend erwähnten Nachteile des verzögerten Abschaltens des Heizstromes zu befürch­ ten sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch beheizten Warmwasserbereiter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Aufschaukeln der Warmwassertemperatur durch kurz­ zeitige, aufeinanderfolgende Wasserentnahmen ver­ mieden wird, und der eine exakte und schnelle Rege­ lung der Wassertemperatur gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Thermostaten umschließende(n) Heizna­ del(n) in dem Wasserbehälter unter einem Winkel von 3° bis 30° gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist (sind), wobei sich der Thermostat über einen Bereich von weniger als 70% der Einbaulänge der Heiznadel erstreckt und wobei ein an das Gehäuse der Elektropatrone anschließender Abschnitt der Heiznadel(n) unbeheizt ist und der unbeheizte Ab­ schnitt kürzer ist als die Länge des Thermostaten. Durch die flache Neigung der gesamten Elektropa­ trone und die angegebene Länge des Thermostaten wird das Aufschaukeln vermieden. Durch die flache Neigung der Elektropatrone, das heißt Heizkörper plus Thermostat, wird nämlich eine Übergangszone mit nur sehr geringer Höhe geschaffen. Der Thermo­ stat mißt die Temperatur ziemlich exakt dort, wo das Wasser aufgeheizt wird, so daß eine gute Regel­ barkeit erzielt und das Aufschaukeln aufgrund der günstigen geometrischen Zuordnung von Heizkörper und Thermostat vermieden wird. Dadurch, daß ein Ab­ schnitt der Heiznadel, insbesondere ein an das Ge­ häuse der Elektropatrone anschließender Abschnitt der Heiznadel, unbeheizt ist, wobei der unbeheizte Abschnitt der Heizpatrone kleiner ist als die Länge des Thermostaten, wird eine kleine Übergangszone geschaffen, wodurch ebenfalls einerseits das unerwünschte Aufschaukeln vermieden und ande­ rerseits eine exakte und schnelle Regelung der Was­ sertemperatur gewährleistet ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß das Ein/Aus-Schaltspiel des von der Elek­ tropatrone umgebenen Thermostaten 6K bis 10K, vor­ zugsweise 8K, beträgt. Dieses Schaltspiel von 6K bis 10K ist größer als üblich. Das übliche Schaltspiel beträgt 4K. Durch diese Vergrößerung des Schaltspiels wird die Schalthäufigkeit gerin­ ger, was weiter dazu beiträgt, daß das Aufschaukeln der Brauchwassertemperatur vermieden wird.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Heiznadel(n) in dem Wasserbehälter unter einem Winkel von 10° gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist (sind).

Schließlich ist es günstig, wenn sich der Thermo­ stat über einen Bereich von 20% bis 30% der Einbau­ länge der Heiznadel(n) erstreckt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen Elektrospeicher, teilweise im Schnitt, und

Fig. 2 die Elektropatrone des Speichers gemäß Fig. 1, im vergrößerten Maßstab.

Der in Fig. 1 dargestellte Elektrospeicher besteht aus einem Wasserbehälter 1 mit kreisrundem Querschnitt, der im unteren Bereich seitlich an seiner Mantelfläche einen Ansatz 2, z. B. eine angeschweißte Muffe, mit einem Innengewinde aufweist, in das eine Elektropatrone 3 eingeschraubt, d. h. lösbar befestigt, ist. Die Achse des Innengewindes des Ansatzes 2 ist zur vertikalen Achse des Behälters 1 derart geneigt, daß die Elektropatrone 3 beim Einschrauben in den Ansatz 2 unter einem Winkel α von 3 bis 30°, vorzugsweise 10°, gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist. Zwischen der Elektropatrone 3 und dem Ansatz 2 ist eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen, bzw. erfolgt die Abdichtung über das Gewinde, z. B. mittels Hanf.

Die in Fig. 2 näher dargestellte Elektropatrone 3 umfaßt ein Gehäuse 4 mit einem Gewindenippel 5 zum Einschrauben in das Innengewinde des Ansatzes 2, einen integrierten Thermostaten 6 und zumindest eine Heiznadel 7. In dem Gehäuse 4 ist außerdem ein Grenztemperaturschalter angeordnet. Zum Einstellen des Thermostaten 6 ist ein Verstellknopf 8 vorgesehen. Der Thermostat 6 ist in einem Schutzrohr 9, dem sogenannten Thermostatfühlerrohr, angeordnet. Die Heiznadel 7, die vorzugsweise aus rostfreiem Material oder Kupfer besteht, ist U-förmig gebogen und umgibt den Thermostaten 6 bzw. dessen Schutzrohr 9. Es ist denkbar, auch zwei oder drei einander kreuzende Heiznadeln vorzusehen.

Erfindungswesentlich ist, daß der Thermostat 6 sich nur über einen Bereich von weniger als 70%, der Einbaulänge L der Elektropatrone 3 erstreckt. Unter Einbaulänge L wird hierbei die von der Anlagefläche des Gehäuses 4 an dem Ansatz 2 des Wasserbehälters 1 bis zum äußersten Ende der Heiznadel 7 gemessene Länge verstanden. In Fig. 2 ist die Länge L₁ des Thermostaten 6 ca. 50% der Einbaulänge L der Elektropatrone 3. Die Länge des Thermostaten 6 kann - wie gleichfalls in Fig. 2 gezeigt - gleich der Länge des Schutzrohres 9 sein. Das Schutzrohr 9 kann jedoch - wie in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien dargestellt - auch länger als der Thermostat 6 sein, d. h. über den Thermostat 6 überstehen.

Der Thermostat 6 kann ein Stab- oder Kapillarrohrthermostat sein. Der Thermostat 6 ist vorzugsweise koaxial in bezug auf das Gehäuse 4 angeordnet.

Um dem Aufschaukeln der Brauchwassertemperatur weiter entgegenzuwirken, kann die Heiznadel 7 auf einem Abschnitt L₂ ihrer Länge unbeheizt sein. Diese Länge L₂ ist kleiner als die Länge L₁ des Thermostaten 6, da ansonsten die spezifische Heizleistungsflächenbelastung zu groß würde.

Eine weitere Verringerung der Brauchwassertemperaturerhöhung durch das Aufschaukeln wird durch eine Vergrößerung des Thermostat EIN/AUS-Schaltspieles von üblicherweise 4 K auf 6 bis 10 K, vorzugsweise 8 K, erreicht.

Durch die Erfindung wird das Aufschaukeln der Brauchwassertemperatur bei oftmaligen kurzzeitigen Warmwasserentnahmen vermieden bzw. auf Temperaturerhöhungen von 1 bis 2 K reduziert.

Die Erfindung ist anwendbar auf alle elektrisch beheizten Warmwasserbereiter, insbesondere Elektrospeicher, z. B. Zentralheizungswarmwasserspeicher, aber z. B. auch auf Durchlauferhitzer. Die Wasserbehälter können hierbei beliebigen Querschnitt, also neben kreisrundem auch ovalen, flachen oder eckigen Querschnitt haben. Die Einbaulänge der Elektropatrone beträgt vorzugsweise 50 bis 85% der lichten Weite des Wasserbehälters.

Claims (4)

1. Elektrisch beheizter Warmwasserbereiter, insbe­ sondere Elektrospeicher, bestehend aus einem Was­ serbehälter und wenigstens einer an dessen Mantel befestigten und in das Innere desselben hineinra­ genden Elektropatrone, die zumindest eine Heizna­ del, einen Thermostat, insbesondere einen Stab- oder Kapillarrohrthermostat, und vorzugsweise einen Grenztemperaturschalter umfaßt, wobei der Thermo­ stat vollständig innerhalb des von der wenigstens einen, insbesondere U-förmig gebogenen Heiznadel gebildeten Raumes angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Thermostaten (6) um­ schließende(n) Heiznadel(n) (7) in dem Wasserbehäl­ ter (1) unter einem Winkel von 3° bis 30° gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist (sind), wobei sich der Thermostat (6) über einen Bereich von we­ niger als 70% der Einbaulänge (L) der Heiznadel(n) (7) erstreckt und wobei ein an das Gehäuse (4) der Elektropatrone (3) anschließender Abschnitt (L₂) der Heiznadel(n) (7) unbeheizt ist und der unbe­ heizte Abschnitt (L₂) kürzer ist als die Länge (L₁) des Thermostaten (6).

2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ein/Aus-Schaltspiel des von der Elektropatrone (3) umgebenen Thermostaten 6 bis 10K, vorzugsweise 8K, beträgt.

3. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heiznadel(n) (7) in dem Wasserbehälter (1) unter einem Winkel von 10° gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist (sind).

4. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Thermostat (6) über einen Bereich von 20 bis 30% der Einbaulänge (L) der Heiznadel(n) (7) erstreckt.