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Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeit, die einen Flüssigkeitsbehälter mit Zu-
und Ablaufleitungen, einen elektrischen Heizwiderstand im Innern des Behälters und
einen thermisch gesteuerten Schalter im Stromkreis des Heizwiderstandes hat, der
bei einer Temperatur ausschaltet, die höher liegt als diejenige, bei der der Widerstand
eingeschaltet wird. Derartige Vorrichtungen sind sowohl in Form von Boilern als
auch in Form von Durchlauferhitzern bekannt.
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Elektrische Boiler dieser Art haben sich für die Warmwasserversorgung
von Haushalten nm großen Umfang durchgesetzt, wobei eine verhältnismäßig große Wassermenge
durch einen elektrischen Widerstand in einer Zeit aufgeheizt wird, die lang ist
gegenüber der Zeit, in der das Wasser verbraucht wird. Die Regelung des Heizstromes
erfolgt dabei vielfach durch einen thermisch gesteuerten Schalter, der bei einer
bestimmten Temperatur, z. B. 8o°, den Strom abschaltet und ihn bei einer etwas niedrigeren
Temperatur, z. B. bei 75°, wieder einschaltet. Elektrische Durchlauferhitzer haben
sich, obwohl sie ebenfalls schon seit über 40 Jahren bekannt sind, noch nicht in
diesem Maße für die Haushaltversorgung durchsetzen können, weil sie noch immer Nachteile
besitzen, die nicht behoben werden konnten. Bei den Durchlauferhitzern erfolgt die
Steuerung des Heizstromes in der Regel durch Wasserdruck betätigte Schalter, eine
Einrichtung, die sich bei gasbeheizten Durchlauferhitzern bewährt hat.
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Elektrische Durchlauferhitzer haben ein sehr viel geringeres Fassungsvermögen
für Wasser als die
obenerwähnten Boiler, damit das Wasservolumen
möglichst schnell auf eine möglichst hohe Temperatur gebracht wird.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektrische Durchlauferhitzer
und insbesondere solche, welche die Eigenschaften von Boilern mit Eigenschaften
von Durchlauferhitzern vereinigen.
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Gemäß der Erfindung wird bei einer Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeit
das Verhältnis der vom Heizwiderstand aufgenommenen elektrischen Leistung, gemessen
in kW, zu dem Flüssigkeitsvolumen des Behälters, gemessen in Liter, größer als i
sein und vorzugsweise etwa zwischen q. und 8 liegen. Als Heizkörper wird vorzugsweise
ein den Heizdraht konzentrisch umgebender Metallmantel verwendet, wobei der Raum
zwischen diesem Metallmantel und dem Heizdraht durch Isolierstoff unter mögl.ichster
Ausschaltung von Luft ausgefüllt eist. Eine bekannte Art solcher Heizkörper sind
`Backerstäbe. Vorteilhaft sind vor allem solche Heizkörper, bei denen der Wärmewiderstand
zwischen Heizdraht und Mantel möglichst gering ist. Je geringer dieser Widerstand
ist, je besser also die Wärme des Heizwiderstandes abfließt, je größer kann das
obengenannte Verhältnis gemacht werden; es kann im günstigsten Falle beispielsweise
bei 12 oder noch höher liegen. Es empfiehlt sich, mindestens Heizkörper .solcher
Art zu nehmen, bei denen das genannte Verhältnis oberhalb ¢ liegt, vorzugsweise
wird ein Verhältnis zwischen q. und 8 gewählt.
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Die Erfindung kann bei verschiedenen Arten von Vorrichtungen zum Erwärmen
von Flüssigkeiten angewendet werden. Im folgenden wird regelmäßig von der Erwärmung
von Wasser gesprochen; das ist aber nicht im einschränkenden Sinn gemeint. Als Anwendungsbeispiel
der Erfindung werden im folgenden eineVorrichtung, bei welcher dieWasserentnahme
lediglich durch Steuerung des Wasserzuflusses geregelt wird, sowie eine Einrichtung
beschrieben, bei der der Ausfluß unmittelbar gesteuert wird, so daß die Vorrichtung
unter dem Leitungsdruck steht, wenn kein Wasser entnommen wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß
der Erfindung, bei welcher der Abfluß durch Regelung des Zulaufs gesteuert wird;
Abb. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei
weicher der Abfluß unmittelbar geregelt wird.
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Die Vorrichtung nach Abb. i besitzt einen Wasserbehälter i, der durch
einen Deckel 1;4 dicht abgeschlossen wird. Der Behälter i ist mit einem Einfluß
io und mit einem Ausfluß 9 verbunden. Der Abfluß 9 erfolgt durch ein in den Ausfluß
eingesetztes Rohr 6. Der Zufluß io und der Ausfluß 9 münden in eine einzige Armatur,
die einen Auslaufstutzen 13, einen Einlaufstutzen i i und ein Ventil 12, hat, welches
den Durchlaß vom Einlauf i i zum Zulauf fio vermittelt. Durch Öffnen des Ventils
12 fließt somit Wasser von der Wasserleitung durch den Einlaufstutzen i i, den Zufluß
io in den Bekälter i und aus dem Behälter durch das Rohr 6, den Ausfluß 9 zum Auslaufstutzen
13.
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Im Behälter -i liegt eine Heizschlange 2 aus Backerrohr. Das eine
Ende des Heizdrahtes der Heizschlange 2 ist mit der Eingangsklemme eines zweipoligen
Handschalters 7, das andere Ende des Heizdrahtes mit einem Quecksilberkippschalter
5 verbunden, das andererseits mit der anderen Klemme des zweipoligen Schalters 7
verbunden -ist. Die beiden anderen Klemmen des Handschalters 7 liegen am Netz. Falls
der Schalter eingeschaltet wird, fließt somit Strom vom Schalter 7 durch das Baekerrohr
2, durch den Quecksilberkippschalter 5 und zum Schalter 7 zurück.
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Im Behälter i liegt ferner ein thermostatischer Fühler 3, der an seinem
oberen Ende eine Vorrichtung zum Kippen des Quecksilberkippschalters 5 besitzt und
dessen Kippstellung durch eine Stellschraube 4. eingestellt werden kann.
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Die ganze Vorrichtung wird umgeben von einem Mantel 8, der
als Wärmeisoliermantel ausgebildet sein kann. Zwischen dem Behälter @i und dem Mantel
8 kann auch eine Wärmeisolierung angeordnet werden.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn das Ventil 12 geöffnet
wird, fließt Wasser durch den Einlaufstutzen i i in das Gefäß und durch den Auslaufstutzen
13 wieder ab. Eine Erwärmung dieses Wassers findet nur dann statt, wenn der Schalter
7 so betätigt wird, daß das Backerrohr 2 an die Netzspannung gelegt ist. Nach Einschalten
des Schalters 7 erhitzt sich das im Behälter i befindliche Wasser in sehr kurzer
Zeit. Sobald das Wasser eineTemperatur oberhalb einer bestimmten Temperatur hat,
die durch die Stellschraube q. eingestellt wird, kippt der Quecksilberkippschalter
5 und schaltet den Strom aus. Sobald die Temperatur des Wassers auf eine bestimmte
Temperatur sinkt, kippt der Quecksilberkippschalter 5 wieder zurück und schaltet
den Strom wieder ein. Die Vorrichtung erwärmt also, ähnlich wie ein Boiler, Wasser
auf eine vorbestimmte Temperatur. Die Temperatur, bei der der Quecksilberkippschalter
ausschaltet, wird so festgelegt, daß ein Kalkansatz nicht eintreten kann. Es empfiehlt
sich eine Festlegung auf etwa 65°. Als Wiedereinschalttemperatur empfiehlt sich
eine Temperatur, die um mindestens io bis 2o° niedriger liegt, damit das Gerät nicht
arbeiten muß, wenn es lediglich als Boiler benutzt wird. Je nach den Bedürfnissen
kann aber die Einstellung auch anders gewählt werden.
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Wenn das Ventil -r2 geöffnet und der Schalter 7 eingeschaltet ist,
so erzeugt die Vorrichtung Wasser von der eingestellten Maximaltemperatur, sofern
eine Wassermenge entnommen wird, die eine bestimmte Grenze nicht überschreitet.
Man kann durch Wahl oder Einstellung des Ventils 12 dafür sorgen, daß diese Grenze
der Wasserentnahme nie überschritten wird. In vielen Fällen ist es aber durchaus
erwünscht, daß man größere Wassermengen bei entsprechend niedrigerer Temperatur
entnehmen kann. Das ist bei der Vorrichtung möglich, wenn man die Entnahme von Wasser
in
Mengen zuläßt, die oberhalb der Grenze liegen. Das Ventil )i2
kann statt im Einlauf auch im Auslauf liegen. In diesem Falle liegt der Wasserbehälter
i unter dem Druck der Wasserleitung. Im übrigen ändert sich aber dadurch nichts.
Die Installation der Vorrichtung ist vorzugsweise derart, daß für die regelmäßige
Entnahme von kaltem Wasser einbesonderer Wasserhahn angebracht ist.
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Damit nicht nach dem Schließen des Ventils 12 das Wasser durch die
im Heizkörper 2 noch enthaltene Wärme zu hoch erhitzt wird, empfiehlt es sich, Heizkörper
zu benutzen, bei denen: das Wärmeableitungsvermögen zwischen elektrischem Widerstandsdraht
und Mantel sehr gut ist. Dieses Wär.meableitungsvermögen bestimmt das Verhältnis
von elektrischer Heizenergie und Wasservolumen. Das Ver'hä'ltnis soll somit dem
Wärmeableitungsvermögen der Heizdrahbummantelung angepaßt sein und vorzugsweise
zwischen 4 -und 8 liegen; es kann bei besonders gutem Wärmeableitungsvermögen der
Heizdrahtummantelung auch höher liegen.
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Die in Abb. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung
nach Abb. i vor allem dadurch, daß zwei in Reihe liegende Thermostaten vorhanden.
sind, von denen der eine bei einer maximalen Wassertemperatur ausschaltet, während
der andere bei einer minimalen Wassertemperatur einschaltet und der Fühler des Jetztgenannten
dhermostatischen Schalters am Einlauf des Wasserbehälters liegt.
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Im einzelnen besteht die Vorrichtung aus einem Mantel 2i mit einem
Deckel 22, einem mit der Wasserleitung verbundenen Wassereinlauf 24 und einem Wasserauslauf
25, der mit einem bis kurz unter den Deckel 22 ragenden Rohr 26 verbunden ist, so
daß das auslaufende Wasser stets nur dem oberen Teil des Behälters entnommen wird.
Der Einlauf 24 und der Auslauf 25 sind durch Ventile 23 bzw. 34 absperrbar. Der
Einlauf 24 ist mit einem Rohr 27 verbunden, das von einem Rohr 28 ummantelt ist,
in dem ein Stab 29 als Fühler eines Thermostaten liegt, so daß das eintretende Wasser
die ganze Länge des Thermostatenfühlers 29 umspült, nach oben bis kurz unter den
Deckel 22 und dann zwischen den Rohren 27,:28 nach unten läuft, bevor es in das
Innere des Bdhälters 21 eintritt. Dadurch wird sichergestellt, daß der Thermostatenfühler
29 beim Einlassen von Leitungswasser auf die Leitungswassertemperatur abgekühlt
wird. Ein Baekerrohr 30 liegt im Innern des Behälters z1. Seine Enden. sind im Deckel
22 festgeschraubt. Das eine Ende des Heizdrahtes des Backerrohres ist mit einer
Klemme eines. Quecksilberkippschalters 31,
das andere Ende des Heizdrahtes
des Backerrohres 30 ist mit der Klemme des zweitenKippschalters 35 verbunden,
das durch einen Thermostaten gesteuert wird, dessen Fühler 36 im Wasserbehälter
zi, frei hängt. Die beiden anderen Klemmen der beiden Quecksilberkippschalter werden
mit dem Netz verbunden. Der Kippschalter 3;i wird unter Einfluß des Thermostatenfüh
ers 29 gekippt, und zwar derart, ,daß der Strom eingeschaltet wird, wenn die Temperatur
unter die Maximaltemperatur sinkt, welche das Wasser der Wasserleitung im Sommer
haben kann. Der Thermostat wird also z. B. so eingestellt, daß er nur bei einer
Temperatur von 2o° einschaltet und daß er bei einer höheren Temperatur, z. B. bei
40°, ausschaltet. Der Thermostat für den anderen Quecksilberkippschalter 35 ist
derart eingestellt, daß das Rohr den Stromkreis öffnet, wenn eine Temperatur von
65° erreicht wird und den Stromkreis wieder schließt, wenn die Temperatur auf 62°
sinkt.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Falls das Auslaßventiil 23
geschlossen bleibt, so- schließt der Kippschalter 31 den Stromkreis, wenn
die Wassertemperatur unter 2o° liegt; der andere Kippschalter schließt ebenfalls
den Stromkreis, da die Wassertemperatur unter 65° liegt. Der Strom fließt somit
durch die Backerrohre und erwärmt das Wasser. Sobald -das Wasser die Temperatur
von 40° erreicht hat, schaltet der Kippschalter 31 den Strom ab und schaltet erst
wieder ein, sobald die Temperatur auf 20° gesunken ist. Beim Öffnen des Auslaßventils
23 erhält man also zunächst leicht angewärmtes Wasser, wobei man die untere Grenze
der Anwärmtemperatur statt auf 20° beliebig höher legen kann. Sobald man das Einlaufventil
34 öffnet, dringt kaltes Leitungswasser in das Rohr 27 ein und kühlt den Thermost.atenfühler
29 auf eine Temperatur unter 2o° ab, so daß der Kippschalter 31 sofort ,den
Strom einschaltet, der während der ganzen Dauer der Entnahme eingeschaltet bleibt.
Wenn die Wassertemperatur 650
erreicht, schaltet der Kippschalter 35 den Strom
aus und schaltet ihn wieder ein, sobald die Wassertemperatur unter 62° sinkt. Man
erhält also jetzt Wasser von einer Temperatur, die zwischen 62 und 65° liegt.
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In der Zeichnung sind außer dem Backerrohr 30 noch Backerrohrwindungen
32 und 33 dargestellt. Jede dieser Windungen 30, 32 und 33 liegt an den drei Phasen
eines Drehstromnetzes. Quecksilberkippschalter können für jede dieser drei Wicklungen
angeordnet sein; es genügt aber in der Regel, bei Sternschaltung für alle Windungen
ein Paar Kippschalt-er zu verwenden.