DE4408257A1

DE4408257A1 - Electric water heater minimising scale deposits on heating elements

Info

Publication number: DE4408257A1
Application number: DE4408257A
Authority: DE
Inventors: Robert Kreikenbohm
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1995-09-14

Abstract

In an electrical water heater, esp. an instantaneous water heater, an electrical potential is applied between the heater elements and the water container to reduce the deposition of limescale on the heater elements. The inlet (2) and/or outlet (11) of the water vessel (1) are earthed (12,13). Bare-wire heating elements (7,8,9) are used and when the heater is switched off, a voltage is applied to the heater elements (7,8,9), through a diode (19), from one phase (L3) of the supply.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heißwasserbereiter, insbesondere Durchlauferhitzer, zwischen dessen Wasserbehälter und dessen Heizkörper zur Verminderung von Kalkablagerungen an den Heizkörpern eine elektrische Spannung gelegt ist, die wesentlich niedriger als die Netzspannung ist, wobei diese Spannung eingeschaltet ist, wenn die Heizleistung der Heizkörper über ihn zugeordnete Schaltkontakte abgeschaltet ist und diese Spannung abgeschaltet ist, wenn die Heizleistung eingeschaltet ist.The invention relates to an electrical Water heaters, especially instantaneous water heaters, between its water tank and its radiator Reduction of limescale deposits on the radiators electrical voltage is set, which is much lower than the mains voltage, this voltage is switched on when the heating output of the radiator Switch contacts assigned to it are switched off and this voltage is turned off when the heating power is switched on.

Ein derartiger Heißwasserbereiter ist in der DE-OS 35 06 478 beschrieben. Dort ist zur Erzeugung der Spannung, mit der Kalkablagerungen am Heizkörper vermindert werden sollen, eine Wechselspannungsquelle vorgesehen. Diese erzeugt Impulse kurzer Dauer mit großer Amplitude und Impulse umgekehrter Polarität mit längerer Dauer und kleiner Amplitude. Es ist dort davon ausgegangen, daß die zur Verminderung der Kalkablagerungen vorgesehene Spannung möglichst keine Gleichspannungskomponente aufweisen soll. Eine Schaltung zur Erzeugung solcher unterschiedlicher Impulse ist aufwendig.Such a water heater is in the DE-OS 35 06 478 described. There is the generation of Tension with the limescale deposits on the radiator should be reduced, an AC voltage source intended. This generates impulses of short duration with large ones Amplitude and pulses of reversed polarity with longer Duration and small amplitude. It's over there assumed that to reduce the Limescale voltage provided if possible Should have DC component. A circuit to generate such different impulses complex.

In der DE-OS 35 06 478 ist für einen Heißwasserspeicher vorgeschlagen, daß die Wechselspannung abgeschaltet ist, solange die Schaltkontakte geschlossen sind und die Wechselspannungsquelle für eine gewisse Zeit nach dem Öffnen der Schaltkontakte eingeschaltet wird. Für einen Durchlauferhitzer ist angegeben, daß die Impulse der Wechselspannungsquelle während des Wasserdurchlaufs vorliegen können.In DE-OS 35 06 478 is for a hot water tank proposed that the AC voltage be switched off, as long as the switch contacts are closed and the AC voltage source for a certain time after Opening the switch contacts is switched on. For one Instantaneous water heater is indicated that the impulses of the AC voltage source during water flow can be present.

In der DE-OS 28 56 247 ist ein Durchlauferhitzer mit einem Rohrheizkörper in einem Wasserrohr beschrieben, bei dem die Verkalkung des Rohrheizkörpers durch eine externe Spannung verhindert werden soll. Die Heizwendel des Rohrheizkörpers nimmt an der Verkalkungsschutzfunktion nicht teil.In DE-OS 28 56 247 is a water heater with a tubular heater described in a water pipe, at which the calcification of the tubular heater by an external Voltage should be prevented. The heating coil of the Tubular radiator takes part in the calcification protection function not part.

In der DE-PS 31 05 922 ist ein Heißwasserbereiter beschrieben, bei dem der vorgesehene Rohrheizkörper aus anodisch passivierbarem Material, insbesondere aus Titan besteht, welches von einer Platinschicht überzogen ist. Eine separate Gleichstromquelle ist mit ihrem Minuspol an die Behälterwand und mit ihrem Pluspol an den Rohrheizkörper gelegt, der dadurch vor Kalkablagerungen geschützt ist. Ungünstig ist dabei der hohe Preis der verwendeten Materialien.In DE-PS 31 05 922 is a hot water heater described, in which the tubular heater provided anodic passivable material, especially titanium exists, which is coated with a platinum layer. A separate direct current source is on with its negative pole the container wall and with its positive pole to the Tubular heating element placed, which prevents limescale is protected. The high price of the used materials.

In der DE-PS 4 17 510 ist ein Heißwasserbereiter beschrieben, bei dem die Heizkörper zum Schutz gegen Kesselsteinbildung als Kathoden geschaltet sind.In DE-PS 4 17 510 is a hot water heater described, in which the radiator to protect against Scale formation are connected as cathodes.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heißwasserbereiter, insbesondere Durchlauferhitzer, vorzuschlagen, an dessen Heizkörpern mit einer einfachen Schaltung die Verkalkung vermindert ist.The object of the invention is a hot water heater, in particular, water heater to propose, at the Radiators with a simple circuit the calcification is reduced.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß der Auslauf und/oder der Einlauf des Wasserbehälters an Erdpotential gelegt sind, daß die Heizkörper von Blankdrahtheizkörpern gebildet sind, die auch bei abgeschalteter Heizleistung nur über das Wasser im Wasserbehälter am Erdpotential liegen, und daß die Blankdrahtheizkörper bei abgeschalteter Heizleistung über eine Diode an ein von einer der Netzphasen abgeleitetes Potential gelegt sind. According to the invention, the above object is achieved in that the Spout and / or the inlet of the water tank on Earth potential are placed that the radiators from Bare wire radiators are formed, which also at switched off heating power only via the water in the Water tanks are at earth potential, and that the Bare wire radiators with heating output switched off a diode to one derived from one of the network phases Potential.

Solange die Heizleistung eingeschaltet ist, ist die Diode wirkungslos und die Blankdrahtheizkörper liegen über die Schaltkontakte am Netz. Bei abgeschalteter Heizleistung fließt ein gleichgerichteter Strom in der Größenordnung von wenigen mA zwischen den Blankdrahtheizkörpern und dem geerdeten Wasserbehälter. Dieser vermindert die Kalkablagerungen an den Blankdrahtheizkörpern.The diode is on as long as the heating power is switched on ineffective and the bare wire radiators are over the Switch contacts on the network. When the heating power is switched off a rectified current flows in the order of magnitude of a few mA between the bare wire radiators and the grounded water tank. This reduces the Limescale deposits on the bare wire radiators.

In einer Ausführung der Erfindung liegt die Diode parallel zu einem der Schaltkontakte an einer der Netzphasen, so daß bei abgeschalteter Heizleistung über die Diode die positiven oder negativen Halbwellen dieser Netzphase an die Blankdrahtheizkörper gelegt sind. Eine solche Schaltung ist sehr einfach. Sie macht sich zunutze, daß die abgeschalteten Blankdrahtheizkörper nicht direkt am Erdpotential liegen.In one embodiment of the invention, the diode parallel to one of the switch contacts on one of the Line phases, so that when the heating power is switched off the diode the positive or negative half waves of this Line phase are placed on the bare wire radiators. A such a circuit is very simple. It makes itself take advantage of the switched off bright wire radiators are not directly at earth potential.

Es hat sich gezeigt, daß die Diode in beiden Polungsrichtungen Kalkablagerungen vermindert. Im einen Fall wirkt der Blankdrahtheizkörper als Anode. Die Kalkpartikel wandern an die Behälterwandung. Im anderen Fall ist der Blankdrahtheizkörper eine Kathode. Die Kalkpartikel werden dabei so beeinflußt, daß sie kaum mehr zum Ablagern an dem Blankdrahtheizkörper neigen und mit dem durchfließenden Wasser ausgespült werden.It has been shown that the diode in both Pole directions reduced limescale. In one In this case, the bare wire radiator acts as an anode. The Lime particles migrate to the container wall. In the other In this case, the bare wire heating element is a cathode. The Lime particles are influenced so that they hardly more tend to deposit on the bright wire radiator and be rinsed with the flowing water.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Diode mit dem am Blankdrahtheizkörper liegenden Pol des Schaltkontakts verbunden und in Reihe zu ihr liegt ein RC-Glied. Der Kondensator des RC-Gliedes wird dann bei eingeschalteter Heizleistung geladen und entlädt sich bei abgeschalteter Heizleistung über die Blankdrahtheizkörper, das Wasser und den Wasserbehälter auf das Erdpotential. Dadurch ist eine Begrenzung der Dauer des der Entkalkung dienenden Stroms erreicht.In another embodiment of the invention is the diode with the pole of the Switching contact connected and in series with it is a RC link. The capacitor of the RC element is then at switched on heating power charged and discharges at switched off heating power over the Bare wire radiator, the water and the water tank to the earth potential. This is a limitation of Duration of the current used for descaling.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:Further advantageous embodiments of the invention result from the following description of Embodiments. The drawing shows:

Fig. 1 schematisch einen elektrischen, hydraulisch gesteuerten Durchlauferhitzer mit Blankdrahtheizkörpern und Fig. 1 shows schematically an electrical, hydraulically controlled instantaneous water heater with bare wire radiators and

Fig. 2 eine weitere Ausführung eines solchen Durchlauferhitzers. Fig. 2 shows another embodiment of such a water heater.

Ein Durchlauferhitzer weist einen Wasserbehälter 1 als Wasserführungssystem auf. Dieses ist an seinem Einlauf 2 mit einer Vorschaltstrecke 3 versehen. An diese schließen sich Kammern 4, 5, 6 an, in denen Blankdrahtheizkörper 7, 8, 9 angeordnet sind. Der in Strömungsrichtung letzten Kammer 6 folgt eine weitere Vorschaltstrecke 10, die zu einem Auslauf 11 führt. Die Vorschaltstrecken 3, 10 sind bei Durchlauferhitzern mit Blankdrahtheizkörpern üblich und vorgesehen, damit am Einlauf 2 und am Auslauf 11 keine gefährlich hohe Spannung ansteht.A water heater has a water tank 1 as a water supply system. This is provided at its inlet 2 with a ballast 3 . These are adjoined by chambers 4, 5, 6 , in which bright wire heating elements 7, 8, 9 are arranged. The last chamber 6 in the flow direction is followed by a further ballast section 10 , which leads to an outlet 11 . The series sections 3, 10 are customary and provided for instantaneous water heaters with bare wire radiators, so that there is no dangerously high voltage at the inlet 2 and outlet 11 .

Der Einlauf 2 und der Auslauf 11 sind über Anschlüsse 12, 13 geerdet. Die Heizkörper 7, 8, 9 sind im Stern geschaltet. Sie liegen über Schaltkontakte 14, 15, 16 an den Phasen L1, L2, L3 des elektrischen Netzes. Zur Betätigung der Schaltkontakte 14, 15, 16 ist ein Differenzdruckschalter 17 vorgesehen, der an eine in der Vorschaltstrecke 3 vorgesehene Venturidüse 18 angeschlossen ist. Der Differenzdruckschalter 17 ist so ausgelegt, daß bei einer ersten Wasserdurchflußmenge die Schaltkontakte 15, 16 und bei einer größeren Wasserdurchflußmenge zusätzlich auch der Schaltkontakt 14 schließt.The inlet 2 and the outlet 11 are grounded via connections 12, 13 . The radiators 7, 8, 9 are connected in a star. They are connected via switching contacts 14, 15, 16 to phases L1, L2, L3 of the electrical network. To actuate the switching contacts 14, 15, 16 , a differential pressure switch 17 is provided, which is connected to a Venturi nozzle 18 provided in the ballast 3 . The differential pressure switch 17 is designed in such a way that the switch contacts 15, 16 also closes when the water flow is first, and the switch contact 14 also closes when the water flow is greater.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt parallel zum Schaltkontakt 16 eine Diode 19. Dieser ist zur Strombegrenzung ein Widerstand 20 vorgeschaltet. Der Heizkörper 9 liegt an einem Pol 21 des Schaltkontakts 16, an dem außer dem Vorwiderstand 20 bzw. der Diode 19 ein Shunt-Widerstand 22 liegt, der an das Erdpotential angeschlossen ist. Der Widerstand 22 liegt also parallel zur Wasserstrecke zwischen den Heizkörpern 7, 8, 9 und den geerdeten Anschlüssen 12, 13.In the embodiment of Fig. 1 is parallel to the switch contact 16, a diode 19. This is preceded by a resistor 20 for current limitation. The radiator 9 is connected to a pole 21 of the switching contact 16 , on which, in addition to the series resistor 20 or the diode 19, there is a shunt resistor 22 which is connected to the ground potential. The resistor 22 is therefore parallel to the water path between the radiators 7, 8, 9 and the grounded connections 12, 13 .

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist etwa folgende:The operation of the device described is approximately the following:

Wird ein mit einem Auslauf 11 verbundenes, nicht näher dargestelltes Zapfventil geöffnet, dann schließt der Differenzdruckschalter 17 infolge der Wasserströmung durch den Wasserbehälter 1 die Schaltkontakte 14, 15, 16, so daß die Heizkörper 7, 8, 9 das durchlaufende Wasser erhitzen. Die Diode 19 ist wirkungslos, da sie vom geschlossenen Schaltkontakt 17 überbrückt ist. Der Shunt-Widerstand 22 wirkt sich nicht aus, da sein Widerstandswert wesentlich größer als der des Heizkörpers 9 ist.If a nozzle connected to an outlet 11 , not shown, is opened, the differential pressure switch 17 closes the switching contacts 14, 15, 16 as a result of the water flow through the water tank 1 , so that the radiators 7, 8, 9 heat the water flowing through. The diode 19 has no effect since it is bridged by the closed switching contact 17 . The shunt resistor 22 has no effect since its resistance value is significantly greater than that of the radiator 9 .

Bei Beendigung des Zapfvorganges wird durch Öffnen der Schaltkontakte 14, 15, 16 die Heizleistung abgeschaltet. An den Heizkörpern 7, 8, 9 liegen nunmehr über die Diode 19 die negativen Halbwellen der Phase L3. Dadurch fließt während der negativen Halbwellen ein Strom über die Anschlüsse 12, 13, das Wasser im Wasserbehälter 1, die Heizkörper 7, 8, den Vorwiderstand 20 und die Diode 19. Dabei wirken die Heizkörper 7, 8, 9 pulsierend als Kathode. Das Wasser in der Umgebung der Heizkörper 7, 8, 9 wird dadurch so beeinflußt, daß die im Wasser befindlichen Kalkmoleküle kaum noch die Tendenz haben, sich an den Heizkörpern 7, 8, 9 festzusetzen. Sich absetzender Kalk wird beim nächstfolgenden Zapfen ausgeschwemmt. Es hat sich gezeigt, daß der Kalk dabei eine amorphe Struktur aufweist, so daß er auch dem Durchlauferhitzer nachgeschaltete Armaturen nicht verstopft.At the end of the dispensing process, the heating power is switched off by opening the switching contacts 14, 15, 16 . The negative half-waves of phase L3 are now on the radiators 7, 8, 9 via the diode 19 . As a result, a current flows through the connections 12, 13 , the water in the water tank 1 , the radiators 7 , 8 , the series resistor 20 and the diode 19 during the negative half-waves. The radiators 7, 8, 9 pulsate as a cathode. The water in the vicinity of the radiators 7, 8, 9 is influenced in such a way that the lime molecules in the water hardly have any tendency to become attached to the radiators 7, 8, 9 . Lime that settles out is washed out at the next tap. It has been shown that the lime has an amorphous structure so that it does not clog the fittings downstream of the instantaneous water heater.

Der Vorwiderstand 20 ist so bemessen, daß der Strom kleiner ist als der Wert, bei dem ein Fehlerschutzschalter anspricht, der in der Installation des elektrischen Netzes vorgesehen ist. Der Strom liegt etwa unter 5 mA. Wenn dies auch ohne den Vorwiderstand 20 zu erreichen ist, kann dieser entfallen. Der Shunt-Widerstand 22 führt zu einer Aufteilung des pulsierenden Stroms. Er setzt den durch das Wasser fließenden Strom herab. Falls dies überflüssig ist, wird er entfallen.The series resistor 20 is dimensioned such that the current is less than the value at which a fault circuit breaker responds, which is provided in the installation of the electrical network. The current is below 5 mA. If this can also be achieved without the series resistor 20 , this can be omitted. The shunt resistor 22 leads to a division of the pulsating current. It lowers the current flowing through the water. If this is superfluous, it will be omitted.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Polung der Diode 19 arbeiten die Heizkörper 7, 8, 9 als Kathode. Es ist jedoch auch möglich, die Diode 19 umgekehrt zu polen. An den Heizkörpern 7, 8, 9 liegen dann - bei abgeschalteter Heizleistung - die positiven Halbwellen der Phase L3. Die Heizkörper 7, 8, 9 arbeiten nun als Anode. Der pulsierende Strom hält die Heizkörper 7, 8, 9 blank. Der Kalk lagert sich am Wasserbehälter 1 ab. Bei dieser Schaltung ist der Materialabtrag der Heizkörper 7, 8, 9 zu berücksichtigen. Es ist dafür zu sorgen, daß der Materialabtrag nicht zu groß wird. Hierbei ist der Shunt-Widerstand 22 vorteilhaft, da er den in der Wasserstrecke fließenden Strom reduziert. Es kann jedoch auch die Dauer begrenzt werden, während der die positiven Halbwellen an die Heizkörper 7, 8, 9 gelegt werden.In the polarity of the diode 19 shown in FIG. 1, the radiators 7, 8, 9 operate as a cathode. However, it is also possible to reverse the polarity of the diode 19 . The radiators 7, 8, 9 are then - with the heating power switched off - the positive half-waves of phase L3. The radiators 7, 8, 9 now work as an anode. The pulsating current keeps the radiators 7, 8, 9 bare. The lime deposits on the water tank 1 . With this circuit, the material removal of the radiators 7, 8, 9 must be taken into account. It must be ensured that the material removal does not become too large. Here, the shunt resistor 22 is advantageous because it reduces the current flowing in the water section. However, the duration during which the positive half-waves are applied to the radiators 7, 8, 9 can also be limited.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Diode 19 und dem Vorwiderstand 20 ein in Fig. 1 strichliert dargestellter Ladekondensator 23 vorgesehen. Dieser wird durch die je nach der Polung der Diode 19 positiven oder negativen Halbwellen der Phase L3 geladen - wenn der Schaltkontakt 16 geöffnet ist -. Nur während der Ladezeit fließt über die Wasserstrecke der zur Minderung der Verkalkung vorgesehene, pulsierende Gleichstrom.In a further development of the invention, a charging capacitor 23 , shown in broken lines in FIG. 1, is provided between the diode 19 and the series resistor 20 . This is charged by the positive or negative half-waves of phase L3 depending on the polarity of the diode 19 - when the switching contact 16 is open -. The pulsating direct current intended to reduce calcification only flows through the water during the charging time.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegt zwischen dem Pol 21 und dem Erdanschluß eine Reihenschaltung bestehend aus der Diode 19 und einem RC-Glied, das in Reihe einen Kondensator 24 und einen Widerstand 25 aufweist. Wenn der Schaltkontakt 16 geschlossen ist, wird der Kondensator 24 über die Diode 19 durch die einen Halbwellen der Phase L3 geladen. Bei geöffneten Schaltkontakten 14, 15, 16 entlädt sich der Kondensator 24 über die Diode 19 und die Heizkörper 7, 8, 9 sowie die Wasserstrecke. Während der Entladung fließt ein die Verkalkung vermindernder Strom, der zwischen zwei Zapfpausen auf die Entladedauer beschränkt ist. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die Diode 19 so gepolt ist, daß die Heizkörper 7, 8, 9 Anoden sind.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, a series circuit consisting of the diode 19 and an RC element, which has a capacitor 24 and a resistor 25 in series, is located between the pole 21 and the ground connection. When the switch contact 16 is closed, the capacitor 24 is charged via the diode 19 by one half-wave of phase L3. When the switch contacts 14, 15, 16 are open, the capacitor 24 discharges via the diode 19 and the radiators 7, 8, 9 and the water path. During the discharge, a calcification-reducing current flows, which is limited to the discharge duration between two tapping pauses. This is particularly advantageous if the diode 19 is polarized so that the radiators 7, 8, 9 are anodes.

Claims

1.Electric water heater, in particular instantaneous water heater, between its water tank and its radiator, to reduce limescale deposits on the radiators, an electrical voltage which is substantially lower than the mains voltage, this voltage being switched on when the heating output of the radiators is switched via the switching contacts assigned to them is switched off, and is switched off when the heating power is switched on, characterized in that the outlet ( 11 ) and / or the inlet ( 2 ) of the water container ( 1 ) are connected to earth potential, that the radiators are made of bare wire radiators ( 7, 8, 9 ) are formed which, even when the heating power is switched off, are only at ground potential via the water in the water tank ( 1 ), and that the bare wire heating elements ( 7, 8, 9 ) are connected to one of one of the mains phases ( 1 ) when the heating power is switched off via a diode ( 19 ) L3) derived potential are laid.

2. Electric water heater according to claim 1, characterized in that the diode ( 19 ) is parallel to one of the switch contacts ( 16 ) on a network phase (L3), so that when the heating power is switched off via the diode ( 19 ) the positive or negative half-waves of this Mains phase (L3) are placed on the bare wire radiators ( 7, 8, 9 ).

3. Electric water heater according to claim 2 with two heating power levels, characterized in that the diode ( 19 ) is parallel to that switching contact ( 16 ) which closes at each heating power level.

4. Electric hot water heater according to claim 2 or 3, characterized in that a series resistor ( 20 ) is connected in series with the diode ( 19 ).

5. Electric hot water heater according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that a shunt resistor ( 22 ) is connected in parallel to the water path.

6. Electric water heater according to one of the preceding claims 2 to 5, characterized in that a charging capacitor ( 23 ) is connected in series with the diode ( 19 ).

7. Electric water heater according to claim 1, characterized in that the diode ( 19 ) with an RC element ( 24, 25 ) connected in series between the bare wire heater ( 9 ) lying pole ( 21 ) of the switching contact ( 16 ) and an earth connection is.

8. Electric hot water heater according to one of the preceding claims, characterized in that the bright wire heating elements ( 7, 8, 9 ) are arranged in a star connection.