DE502690C - Elektrische Wasserheizvorrichtung - Google Patents

Description

Es gibt bereits elektrische 'Wasserheizvorrichtungen, bei welchen innerhalb des Wasserkanals ein lotrechtes, wärmeisoliertes Rohr mit darin angeordneten Heizkörpern vorgesehen ist, welches als ein Strömungskanal ausgebildet ist, der mit der oberen und unteren Zone des Kessels in Verbindung steht. Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist, eine kleine Menge von Wasser behufs Entnahme rasch und hoch zu erhitzen, während das übrige Wasser im Behälter verhältnismäßig wenig erhitzt wird. Diese Erhitzung einer kleinen Wassermenge erfolgt in der Nähe der obersten Zone der Wassermassen und kann hochgetrieben werden infolge automatischer Absperrung oder einer nahezu vollen Absperrung des Zuflusses der weniger erhitzten Schichten, zu welchem Zweck erfindungsgemäß auf Temperatur ansprechende Mittel vorgesehen sind, welche die Durchflußströmung durch den Kanal in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Behälter steuern, so daß die Durchflußöffnung um so mehr vergrößert und dadurch die Berührungszeit des Wassers mit dem Heizkörper um so mehr verringert wird, je heißer bereits das Wasser ist.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung:

Abb. ι ist ein lotrechter Schnitt und

Abb. 2 eine Einzelheit in größerem Maßstabe.

10 ist der Wasserkessel, welcher an den Seiten und oben mit einem wärmeisolierenden Stoff 11, z.B. Asbest, bekleidet ist. Dieser Stoff ist zwischen dem Behälter und einem äußeren Mantel 12 eingeschlossen. 13 ist ein Abflußstutzen für das heiße Wasser an dem oberen Ende des Kessels, und 14 ist das Einflußrohr für das kalte Wasser, welches sich nach abwärts in das Innere des Kessels ausdehnt, zu dem Zweck, daß das kalte Wasser in die untere Zone einfließt, weil bekanntlich das heiße Wasser von geringerer Dichte sofort nach aufwärts steigt, um durch das Rohr 13 abgeleitet zu werden. Das Rohr

14 endigt wenige Zentimeter vom Boden des Kessels, in welch letzterem eine Öffnung

15 vorgesehen ist, durch welche die Heizkörper in den Kessel eingeführt werden können. Zu diesem Zweck ist ein Ring 16 an dem Kesselboden von außen, z. B. durch Schweißen, befestigt. Die Heizkörper stützen sich in einer behälterähnlichen Muffe 17 ab, welche an dem Ring 16 durch Bolzen 18 befestigt ist. Eine Abdichtung ist zwischen einem Flansch der Muffe 17 und dem Ring

16 vorgesehen. :

Der Heizkörper 19 besteht aus mehreren Widerstandsdrähten von bekannter Art, z. B. aus zwei U-förmigen Einheiten 19°, 19*. Die Enden der Widerstandsbügel sind durch eine Metallkappe 20 durchgeführt. Die Widerstände sind in Metallblechen, z. B. aus Kupfer, eingeschlossen. An der Stelle, wo die Widerstände durch die Kappe 20 hindurchgehen, ist zwischen den Blechen und der Kappe durch Löten oder Schweißen wasserdichte Abdichtungen erzielt. Die Kappe 20 ist ihrerseits durch Bolzen an dem unteren offenen Ende des Behälters 17 befestigt. Die Heizkörper 19 verlaufen im wesentlichen lotrecht nach aufwärts durch den Behälter 17 und die Öfinung 15 in den Wasserbehälter hinein. Eine Wasserabdichtung ist ferner zwischen der Kappe 20 und dem Behälter 17 eingeschaltet.

Um die Heizkörper 19 ist ein doppelwandiges Rohr oder Gehäuse 21 angeordnet, welches einen in der Mittellinie des Wasserbehälters verlaufenden Kanal bildet. Die beiden Wandungen 21«, 21* des Kanals (Abb. 2) befinden sich in geringem Abstand voneinander und schließen einen Luftraum ein zwecks Wärmeisolation des inneren äußeren Teils. Der Abstand zwischen den beiden Wandungen 21°, 21* wird durch einen Ring 22 gemäß Abb. 2 gesichert, an welchem die beiden Wandungen, z. B. durch Löten oder Hartlöten, befestigt sind. Der Ring 22 trägt einen "Flansch 23, und dieser Flansch ist zwischen dem Behälter 17 und dem Ring 16 eingeklemmt. Mehrere Löcher 24 sind in diesem Flansch 23 angeordnet. Die Öffnung 15, der Ring 16 und der Behälter 17 sind wesentlich breiter als der Außendurchmesser des Gehäuses 21, so daß ein freier Ringraum 25 um das Gehäuse 21 herum- verbleibt, durch welchen das Wasser von der Zone am Boden des Wasserkessels nach abwärts durch die Löcher 24 zum Boden des Behälters 17 und dann nach aufwärts in den Kanal 21 fließen kann, wo es mit dem Heizkörper 19 in Berührung kommt und sich erwärmt. Das obere Ende des' Wasserkanals ist mit einem Tellerventil 26 versehen, durch welches der Wasserdurchfluß aus dem Kanal in den Kessel gesteuert wird. Der Sitz für dieses Ventil ist in Form einer schrägen Ebene in bezug auf die Achse des Kanals ausgebildet. An der kürzeren Wandung des Kanals ist,,eine wärmeansprechende Vorrichtung, z. B. ein bimetallischer Streifen 27, befestigt. Der Streifen ist bei 28 festgemacht, während das · freie obere Ende einen gekrümmten Teil aufweist, welcher bis zur Mitte der elliptischen Kanalöffnung verläuft und an dieser Stelle mit dem Tellerventil, z.B. durch Niete 31, verbunden ist. Eine verhältnismäßig sehr kleine Öffnung 32 ist in dem Tellerventil an seiner höchsten Stelle vorgesehen, und die Größe ist derart, daß ein sehr kleiner Wasserstrom hindurchfließen kann, wenn das Tellerventil geschlossen ist, d. h. wenn das Wasser im Kessel kalt ist und die Federspannung des bimetallischen Streifens die Scheibe 26 gegen ihren Sitz anpreßt.

Ein Abflußrohr 33 mit einem Verschlußhahn 34 ist an dem Bodenteil des Behälters 17 angeschlossen und dient zur Entleerung des Wasserkessels. An der gegenüberliegenden Seite des Behälters 17 ist ein Thermostat 35 vorgesehen, welcher den Beheizungsstrom unterbrechen kann, sobald das Wasser in dem Wasserkessel auf eine bestimmte Temperatur gebracht worden ist. Der Thermostat schaltet den Strom wieder ein, sobald das Wasser sich etwas abgekühlt hat. Der Thermostat enthält vorzugsweise einen kleinen Raum 36, der mit einem Gas gefüllt ist und eine Membran trägt, die nach links durch die Ausdehnung des Gases bewegt wird, und zwar so weit bei einer bestimmten Temperatur, daß ein Schalterarm ^7 betätigt wird und den Heizstrom unterbricht. Da der Thermostat an der untersten Stelle des Wasserkessels angeordnet ist, d. h. im Behälter 17, welches noch niedriger liegt als der Kesselboden, so spricht der Thermostat auf die Temperatur des kältesten Wassers an dem Kessel· boden an, so daß der Thermostat nicht eher den Heizstrom ausschaltet, als bis die ganze Wassermenge eine bestimmte Temperatur angenommen hat.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist die folgende:

Angenommen, der Kessel ist mit kaltem Wasser gefüllt und der Heizstrom eingeschaltet, so wird eine kleine Wassermenge in dem Gehäuse 21 sofort erwärmt; da die Ausflußöffnungi 32 nur sehr klein ist, so wird das Wasser bis zu der gewünschten hohen Temperatur erhitzt werden, selbst wenn das Wasser in dem Kessel kalt bleibt. Ein verhältnismäßig nur sehr geringer Wärmeverlust erfolgt durch die Doppelwandung des Gehäuses, dessen Luftraum eine wirksame Wärmeisolierung bildet. Die kleine Menge des heißen Wassers entweicht durch die Öffnung 32 und steigt sofort zum oberen Teil des Kessels, wo es durch die Abflußleitung 13 abgeführt wird. Sobald sich das heiße Wasser an dem oberen Teil des Kessels ansammelt, steigt die Temperatur des Wassers in der Nachbarschaft des Thermostaten 27, wodurch dieser letztere das Tellerventil 26 allmählich öffnet und einen größeren Durchfluß ermöglicht. Je mehr die Temperatur ansteigt, desto mehr öffnet sich dieses Ventil, wodurch die Geschwindigkeit der Strömung

sich erhöht, wobei die Anordnung des Thermostaten und des Ventils derart gewählt ist, daß das Wasser aus dem Kanal mit einer bestimmten Temperatur abfließt. Wird der Heizkörper ausgeschaltet und beginnt das Wasser sich abzukühlen, oder wird der Kessel mit kaltem Wasser aufgefüllt, so bewirkt der Thermostat, daß das Tellerventil sich allmählich schließt, wodurch, wenn der Heizkörper wieder eingeschaltet werden wird, heißes Wasser in kurzer Zeit wieder verfügbar sein wird.

Das thermostatisch gesteuerte Ventil bewirkt, daß, wenn der Heizkörper durch den Thermostaten 35 ausgeschaltet wird, das Wasser in dem Kessel durchgehend auf eine gleichmäßige Temperatur erhitzt ist. Ferner wird das Ventil 26 durch den Thermostaten beim Fortschreiten des Beheizens immer mehr geöffnet, so daß eine nur verhältnismäßig geringe Temperatursteigerung am Oberende des Kessels erfolgt, während das übrige Wasser erhitzt worden ist. Dies beruht darauf, daß das den Kanal verlassende Wasser bis zu der vorbestimmten gewünschten Temperatur erhitzt wird, ganz ohne Rücksicht auf seine Temperatur beim Eintritt in den Kanal, und da die Temperatur des Wassers, welches in den Kanal eintritt, immer mehr steigt, so wird die Ventilöffnung ebenfalls ansteigen und die Durchflußströmung vergrößern.

Mit einem gewöhnlichen Wasserhitzer, d. h. mit einer unbeschränkten Durchflußströmung, ist gefunden worden, daß die Temperatur des Wassers am Oberende des Kessels nur um etwa 12° C höher ist als am Bodenteil. Mit einer dauernd verringerten Durchflußöffnung ist die Temperatur am Oberende dagegen etwa 6o° C, bevor das Wasser an dem Bodenteil des Kessels überhaupt nennenswert erwärmt worden ist. Während jedoch das Wasser am Bodenteil bis auf etwa 50⁰C erhitzt worden ist, bei welcher Temperatur der Thermostat 35 den Strom -ausschaltet, wird das Wasser am Oberende schon die übermäßige Temperatur von 90⁰ C erreicht haben.

Versuche mit dem Wassererhitzer gemäß Erfindung zeigten, daß nach dem Füllen des Kessels mit kaltem Wasser von 20° C eine Temperatursteigerung am oberen Ende des Kessels bis auf 6o° C erfolgt, ohne daß am Bodenteil irgendeine Erwärmung erfolgt, während die Temperatur beim weiteren Erhitzen am Oberende nur um 4⁰ C ansteigt, wenn inzwischen das übrige Wasser am Bodenteil bis auf 50⁰ C erhitzt worden ist, bei welcher Temperatur der Thermostat 35 den Heizstrom ausschaltet.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι . Elektrische Wasserheizvorrichtung, bei welcher innerhalb des Wasserkessels ein lotrechtes, wärmeisoliertes Rohr mit darin angeordneten Heizkörpern vorgesehen ist, das als ein Strömungskanal ausgebildet ist, der mit der oberen und unteren Zone des Kessels in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturansprechende Mittel (27) vorgesehen sind, welche die Durchflußströmung durch den Kanal in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Behälter (10) steuern, so daß die Durchflußöffnung um so mehr vergrößert und dadurch die Berührungszeit des Wassers mit dem Heizkörper (19) um so mehr verringert wird, je heißer bereits das Wasser ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Strömungskanals (21) ein Ventil (26) angeordnet ist, welches bei kaltem Wasser geschlossen ist und durch eine temperaturansprechende Vorrichtung, wie z.B. einen bimetallischen Streifen (27) allmählich geöffnet wird und eine beschränkte Menge des hocherhitzten Wassers zu dem am oberen Ende des Wasserkessels (10) angeordneten Abfluß (13) durchtreten läßt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (26) in Gestalt eines Tellers ausgebildet ist und auf einem Sitz aufsitzt, der in einer schrägen Ebene in bezug auf die Längsachse des Kanals (21) liegt, und daß an der kürzeren Wandung des Kanals die wärmeansprechende Vorrichtung, z. B. der bimetallische Streifen (27), befestigt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen