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Elektrodendurchlauferhitzer mit in einen Behälter eintauchenden Elektroden
Gegenstand des Hauptpatents ist ein Elektrodendurchlauferhitzer mit in einen Behälter
eintauchenden Elektroden. Das Erfindungsmerkmal dieses unmittelbar an die Wasserleitung
angeschlossenen Durchlauferhitzers ist, daß während der Ingangsetzungsp.eriode nach
Öffnung des Flüssigkeitszulaufs dieser größer ist als der Ablauf, so daß sich der
die Elektroden aufnehmende Behälter füllt und während des Betriebes des Erhitzers
ganz oder teilweise gefüllt bleibt, wobei der Flüssigkeitsstand den Stromdurchfluß
,ohne Schaltorgane regelt.' Der Erhitzer nachdem Hauptpatent wird weiterhin gekennzeichnet
durch ein Entlüftungsventil, das bei ansteigendem Wasserstand im Behälter schließt,
während des Betriebes unter dem Einfluß des Betriebsdruckes im Behälter geschlossen
bleibt, beim Absperren des Zuflusses sich jedoch unter Einwirkung des äußeren Luftdruckes
wieder öffnet, so daß sich der Behälter selbsttätig entleert.
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Für viele Zwecke ist es nicht erforderlich, daß das Warm- oder Heißwasser
unter Wasserleitungsdruck ausfließt, sondern es genügt in vielen Fällen der D,ruak
der Wassersäule im Elektrodenbehälter.
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Der Elektrodendurchlauferhitzer nach der vorliegen,den Erfindung stellt
eine Verbesserung gegenüber
dem Hauptpatent dar, die darin besteht,
daß der neue Durchlauferhitzer, besonders für Zwecke des Haushaltes ausgebildet,
eine einfache Temperaturregelung auch bei konstanter Durchflußmenge im Betrieb gestattet,
dem Benutzer erhöhte Sicherheit gegen unangenehme Einwirkungen des elektrischen
Stromes wie hinsichtlich etwaiger Verbrühungsgefahren bietet und durch Fortfall
einer sonst erforderlichen 'besonderen Mischbatterie zur Temperaturregelung sowie
des Belüftungs- und Entlüftungsventils weitere Konstruktionsvereinfachung und Materialeinsparung
ermöglicht.
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Der Erfindungszwedk ist dadurch ,erreicht, daß ein einstellbarer Auslauf
wähnend des Betriebes zur Regelung des Wasserstandes im Elektrodengefäß und damit
der elektrischen Leistungsaufnahme des Erhitzers dient.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß man je nach der Einstellung
des Auslaufes Wasser von verschiedener Temperatur entnehmen und verhältnismäßig
sehr schnell von der Entnahme kalten Wassers zu lauwarmem und heißem Wasser und
umgekehrt übergehen kann. Eine besondere, andere Geräte verteuernde und zusätzliches
Material erfordernde Mischbatterie wird also entbehrlich. Bei ungeuiollter Verminderung
des Wasserzulaufs fällt der Wasserstand im Elektnodengefäß, so daß auch die elektrische
Leistungsaufnahme absinkt und somit eine unerwünschte Temperaturerhöhung, die eventuell
zu einer Venbrühung des Benutzers führen könnte, vermieden wird.
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Durch Führung :des ein- und austretenden Wassers über als Schutzelektrode
n wirkende Bauteile, die geerdet oder geschutzschaltet werden können, werden gefährliche
Berührungsspannungen im Zusammenwirken mit Wasserwegen, die trotz Nullung der Sternelektrode
bei Störung der Nullungsbedingungen eventuell mögliche Ableitströme auf ungefährliche
Werte begrenzen, verhindert.
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Die konstruktiven Merkmale des neuen Erhitzers bestehen darin, daß
zwischen einem die elektrischen Anschlüsse enthaltenden Zylinderkopf und einem Einlaufkörper
mit Steigrohr der die Elektroden enthaltende Zylinder angeordnet ist und die Vergrößerung
des elektrischen Widerstandes zwischen Einlauf und Auslauf 'bzw. Überlauf durch
Rohrspiralen und Rohre und :aus keramischen bzw. Kunstharzwerksboffenerreicht ist.
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In diesem Zusammenhang ist es .ein Merkmal, daß im Ablauf in einer
besonderen Schutzelektrode ein Dirosselventil angeordnet ist, das innerhalb enger
Grenzen derart verstellbar ist, daß der Wasserstand im Elektrodenraum sich ändert
und daß bei geöffnetem Ventil handwarmes, bei gedrosseltem Ventil sehr .heißes Wasser
aus dem Erhitzer strömt.
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Um auch ülrerlaufenäes Wasser als Leiter von Berührungsspannungen
auszuschalten, ist es wesentlich, daß der im Zylinderkopf angeordnete überlaufkanal
:einen seiner Länge angepaßten Querschnitt besitzt und im überlaufkanal seine mit
dem Nulleiter in Verbindung stehende, als Überlauf wirkende Elektrodie angeordnet
ist. Die Berührungssicherheit wird dadurch erhöht, daß das ausfließende Wasser über
eine Stern- und eine Schutzelektrode fließt und letztere großflächig berührt.
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Für die Verwendbarke't im Haushalt ist noch besonders vorteilhaft,
daß vom unteren Speicherraum des Erhitzers ein Anschluß für eine Brause abzweigt
und daß das Gerät beim Anschluß an die Wasserleitung auf deren Druck durch eine
Drosselschraube einstellbar ist.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einer .bevorzugten
Ausführung dargestellt. Dabei zeigt Abb. r den Elektrodenbehälter im Schnitt i-1
der Abb. 2 und Abb. 2 den Schnitt längs der Linie 2-2 der Abb. i.
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In Abb. 3 ist ein Durchflußdiagramm gezeigt. Gemäß Abb. i und 2 besteht
das Elektrodengefäß aus dem im wesentlichen zylindrischen Mantel 2o, dem Boden :oder
Einlaufkörper 21 und dem Kopfteil 22, die durch vier Zugstangen 23 und passend angeordnete
Gewinde und Schrauben unter Zwischenschaltung von Dichtungsscheiben fest miteinander
zueinem Ganzen vereinigt sind. 6 ist eine Wandkonsole, die das ganze Gerät trägt.
Die Teile 20, 21, 22 bestehen vorzugsweise aus keramischem Material, z. B. Porzellan.
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Das Wasser tritt aus der Wasserleitung über ein nicht dargestelltes
Ventil durch den Einlauf 25, den Kanal 26 und das Einlaufrohr 27 in das Gefäß ein.
Die Drosselschraube 28 dient dazu, den Wasserzustrom unabhängig vom Wasserventil
zu begrenzen. Dias Wasser läuft aus dem Gefäß unten durch die Öffnungen 3o, Kanäle
3 i und die Rohrschlange 32 (aus nicht elektrisch leitendem Material) in das Auslaufgefäß
33, dessen 'Wandungen vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material, z. B. Metall,
bestehen. Der Auslaufquerschnitt kann mit Hilfe des unten am Auslaufgefäß gegenüber
der unteren öffnung des Schlangenrohres .angeordneten, aus Ventileinsatz 3q., Spindel
35, Stopfbüchse 36 und Handgriff 37 bestehenden Ausiaufregelventil geregelt werden.
Das Wasser läuft aus dem Gefäß entweder durch dasAusl.aufrohr 3`8 !oder das Brauseanschlußrohr
39 ab, um seiner Verwendung zugeführt zu werden.
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Im Kopfteil 22 sind die vorzugsweise aus Kohle oder Graphit bestehenden
drei zylinderförmigen Stabeiektroden ¢o durch Verschraubung unter Abdichtung durch
Dichtungsringe (oder Stopfbüchsen) befestigt. Sie werden mit Hilfe der Klemmen ¢1
an die Außenleiter eines Direhstromnetzes angeschlossen. Die Sternelektrode besteht
aus der am Boden des unteren Endes des Gefäßes angeordneten, seinem Querschnitt
bis auf die Ablauföffnung 30 im wesentlichen ausfüllenden scheibenförmigen Teil
42 und den mit ihm zweckmäßig ein Ganzes bildenden nach loben verlaufenden drei
Lappen ¢3 (Material vorzu;g@sweise Nebenfalls Kohle oder Graphit). Die Lappen haben
im wesentlichen die Form von Segmenten eines starkwandigen Rohres. Ihr Querschnitt
und ihre Anordnung im Verhältnis zu den Stabelektroden q.o, dem überlaufrohr 2o
und die Anordnung der Stabelektroden selbt geht aus Abb.2 hervor. Durch diese Anordnung
wird eine günstige
Ausnutzung des Innenraumes des Gefäßes und ein
großer Stromquerschnitt erzielt, so daß trotz geringer Abmessungen starke Ströme
durch das Wasser geleitet werden können, als wenn es, wie die meisten Leitungswasser,
verhältnismäßig geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.
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Die Sternelektrode 42, 43 ist durch einen in einem Kanal in der Wand
des Rohres 2o verlegten Diraht 44 an eine Klemme im Kopf angeschlossen.
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Der Auslauf aus dem Gefäß erfolgt nur unter dem Einfluß der Diruckhöhe
der .sich im Gerät ausbildenden Wassersäule.
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Da entsprechend dem Hauptpatent während der Ingangsetzungsperiode
nach Öffnung des Flüssigkeitszulaufes dieser größer ist als der Ablauf, füllt sich
das Gefäß bis zu einer Höhe, deren Druck ausreicht, um genau die zulaufende Menge
durch den Auslaufquerschnitt abfließen zu lassen. Man kann also bei konstant bleibendem
Wasserzulauf durch Regelung des Austrittsquerschnittes verschiedene Wasserstandshöhen
im Gefäß einstellen, d. h. aber zugleich verschiedene Eintauchtiefen der Elektroden,
also verschiedene Strombelastung und somit auch Temperaturen des Auslaufwassers.
Selbstverständlich müssen, die Regelbereiche in den richtigen Grenzen liegen.
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Wenn die für ein solches Gerät vorgesehene Zuflußmenge überschritten
wird, was bei zu hohem Wasserleitungsdruck im Verhältnis zum Auslaufquerschnitt
eintreten kann, läuft der übersehuß durch die Kanäle 47, 48 im Kopfteil des Gerätes,
den Krümmer 49 und das überlaufrohr 5o ab. Bei Geräten mit Schwimmerventil schließt
sich diese, und das Gerät wird nunmehr unter Wasserleitungsdruck (bei mit steigender
Wassermenge fallender Temperatur) wie im Hauptpatent dargestellt.
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Ein Temperatur-Durchlaufmenge-Diagramm eines Gerätes entsprechend
der Erfindung ist in Abb.3 wiedergegeben.
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Die ausgezogenen Kurven gelten für die Betriebe mit vollgeöffneten,
die gestrichelte für den Fall ge. drosselten Auslaufquerschnitte. Man sieht, daß
ausgesprochene Temperaturspitzen auftreten, die dann erreicht werden, wenn gerade
die gesamte Elek. trodenfläche wasserberührt ist.
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So führt erhöhter Durchfluß bei gleichem Auslaufquerschnitt und konstant
bleibender Leistungsaufnahme zu absinkender Temperatur, ebenso aber verringerter
Durchfluß infolge Absinkens des Wasserspiegels, d. h. Verringerung der wasserberührten
Elektrodenfläche und kleinerer Leistungsaufnahme. Dieses Verhalten entspricht den
an einem Durchlauferhitzer für Brausezwecke zu stellenden Anforderungen. Eine besondere
Wassermangelsicherung, wie sie für Gasdurchlauferhitzer und für widerstandsbeheizte
Durchlauferhitzer gefordert werden ruß, um eine Schädigung des Brausendere durch
Ansteigen der Wassertemperatur bei plötzlichem Abfallen des Wasserleitungsdruckes
zu verhindern, ist hier nicht erforderlich, .da die Eigenart des Gerätes von vornherein
ein Absinken der Temperatur bei Verringerung der dem Gerät zufließenden Wassermenge
bedingt. Wird der Auslaufquerschnitt ,gedrosselt, so wird dadurch die Arbeitskennlinie
des Gerätes in das Gebiet höherer Temperaturen bei geringem D!urchfluß verschoben,
wie in Abb. 3 gestrichelt dargestellt ist. Die Form der Kurve selbst und damit die
Sicherung gegen Verbrühungsgefahren wird dadurch jedoch nicht geändert.
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Bei konstantem Durchfluß kann durch Veränderung des Auslaufquerschnittes
dementsprechend, wie in Abb.3 beispielsweise für einen Durchfluß von 51/min durch
die strichpunktierte Linie dargestellt, die aufgenommene Leistung und damit die
Temperaturerhöhung des durchfließenden Wassers weitgehend geregelt werden.
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Die dargestellten Verhältnisse gelten für über die ganze wirksame
Länge (Regelweg) konstanten Elektrodenabstand und konstante Elektrodenfläche. Durch
Ausgestalten des Gerätes mit konstanten oder abgestuften Elektroden, d. h. von oben
nach unten veränderndem Elektrodenabstand und/oder Elektrodenfläche, lassen sich
auch andere Formen der Leitungs- bzw. Temperaturkurven erzielen.
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Im I; berlau,fkanal 47 ist eine Elektrode 5 i angeordnet, die über
einen durch das Kopfstück wasserdicht durchgeführten Leiter zu einer besonderen
Klemme führt. Diese wird zusammen mit der Sternelektrode genullt.
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Die sämtlichen über dem Kopfteil angeordneten Teile werden durch die
abnehmbare Kappe 52 aus Isolierstoff überdeckt.
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Die Anordnung der Rohrschlange 52 hat den Zweck, den Wasserweg zwischen
dem Elektrodengefäß und dem Auslauf zu verlängern und dadurch einen verhältnismäßig
hohen elektrischen Widerstand zwischen Elektrodenraum und Auslaufgefäß einzuschalten.
Auch auf der Wasserleitungsanschlußseite des Gerätes liegt zwischen Wasserleitung
und Elektrodengefäß ein verhältnismäßig hoher Wasserwiderstand, da das überlauirohr
27 ebenfalls aus isolierendem Stoff besteht. I)ras, wie oben erwähnt, aus lientendem
Material. bestehende Auslaufgefäß und der mit ihm leitend verbundene Einlaufstutzen
wirken damit als Schutzelektroden, über die .das ein- und ausfließende Wasser je
nach Zweckmäßigkeit am Verwendungsort geerdet oder geschutzschaltet werden kann.
Dias beschriebene Gerät ist demnach so eingerichtet, @daß das Auftreten unzulässiger
elektrischer Berührungsspannungen am Gerät selbst und an dem austretenden Wasser
mit Hilfe der üblichen Sicherheitsmaßnahmen vollkommen verhindert werden kann und
bei unsymmetrischer Netzspannung mögliche Ableitströme auf bestimmte Werte begrenzt
werden können.