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Anordnung zur Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit und Sicherheitsabschaltung
eines Temperaturreglers bei Heißwassergeräten, insbesondere bei Durchlauferhitzern
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit eines
im Wärmebereich des Gebrauchswassers von Heißwassergeräten, insbesondere in Durchlauferhitzern,
eingebauten, temperaturempfindlichen Organs eines Thermostaten beim Zapfvorgang,
bei welchem das in den Behälter einlaufende Kaltwasser durch besondere Leitmittel
in die Nähe des temperaturempfindlichen Organs gebracht wird. Die Wärmezufuhr wird
hierbei nach Beginn des Wasserdurchlaufs selbsttätig freigegeben und nach Beendigung
des Wasserdurchlaufs selbsttätig abgesperrt.
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Es ist bei Klein-Heißwasserspeichern und Durchlauferhitzern bekannt,
die Wärmezufuhr, z. B. durch elektrische Widerstandsheizung, möglichst kurz nach
Beginn der Wasserentnahme, etwa gleichzeitig mit dieser einzuschalten, so daß die
durch die Wasserentnahme notwendig werdende neue Aufheizung für die Wiederherstellung
der ursprünglichen Heißwassermenge zeitlich vorverlegt wird und: daß beim Durchlauferhitzer
das unmittelbar nach Zapfbeginn in ihn nachströmende Kaltwasser erwärmt werden kann.
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Bei Heißwasserspeichern beginnt die Aufheizung während des Zapfens
und dauert zum größten Teil in der anschließenden wasserentnahmelosen Zeit an. Anders
liegen die Verhältnisse beim Durchlauferhitzer. Bei diesem ergibt sich die Notwendigkeit,
daß unmittelbar nach Beendigung des Zapfvorgangs die Wärmezufuhr abgesperrt wird,
da sonst bei
späterem Abschalten das im Behälter verbliebene heiße
Durchlaufwasser überhitzt wird, was dazu führen kann, daß bei mehrmaligem aufeinanderfolgendem
Zapfen der Kochpunkt erreicht werden und bei Hochdruckgeräten auch unzulässig hoher
Dampfdruck entstehen kann. Soll ein Durchlauferhitzer ständig Wasser gleicher Temperatur
liefern, so hat dies somit zur Voraussetzung, daß sowohl die Zufuhr als auch die
Absperrung von Wasser und Wärme möglichst gleichzeitig erfolgt. Dies ist bereits
verwirklicht worden durch die mechanische Kopplung eines im Wasserweg liegenden
druckempfindlichen Organs mit einem im Wasserweg liegenden Ventil einerseits und
einem Schalt-,verk für die Wärmezufuhr, beispielsweise durch elektrischen Strom..
Ein solches Gerät hat jedoch bei Druckschwankungen und wegen seiner beweglichen
Teile erhebliche Nachteile.
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Es ist andererseits vorgeschlagen worden, das Einlaufen des Wassers
in das Gerät und die Wärmezufuhr thermisch miteinander zu koppeln, indem bei Zapfbeginn
Kaltwasser an ein im Behälterinnern befindliches und von heißem Behälterwasser umgebenes
Schutzrohr herangeführt wird, in welchem sich mit Abstand das temperaturempfindliche
Organ eines Thermostaten befindet. Man hat sich hier darauf beschränkt, den Thermostaten
nach Zapfbeginn etwas schneller zum Einschalten zu bringen. Das Absperren der Wärmezufuhr
nach Zapfende wird jedoch mit Hilfe der erwähnten Kaltwasserführung eher verzögert
als beschleunigt, da das Schutzrohr des Thermostatenoft durch künstlichen Kaltwassermantel
bei koaxialem Kaltwasserleitrohr - noch von kaltem Wasser umgeben ist, während der
eigentliche Teil des Behälterinnern Betriebstemperatur oder gar Übertemperatur hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl die Wärmezufuhr unmittelbar nach
Zapfbeginn als auch deren Abschalten unmittelbar nach Zapfende durch ein temperaturempfindliches
Organ eines Thermostaten zu bewirken. Nach der Erfindung wird das mit einer. Anordnung
zur Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit eines temperaturempfindlichen Organs eines
Thermostaten in einem Heißwassergerät der eingangs angeführten Gattung dadurch erreicht,
daß das parallel zum schutzrohrlosen temperaturempfindlichen Organ geführte Wassereinlaufrohr
seitliche, auf das nahe bei diesem angeordnete temperaturempfindliche Organ gerichtete
Öffnungen aufweist und das Wassereinlaufrohr zusammen mit dem temperaturempfindlichen
Organ von einem mit Löchern versehenen Mantel soweit umgeben ist, daß das temperaturempfindliche
Organ im Falle der Einschaltung des Thermostaten vom Wassereinlaufrohr aus als auch
umgekehrt im Falle der Abschaltung des Thermostaten vom Heißwasser außerhalb der
Leitvorrichtung aus allseitig, schnell und unmittelbar beaufschlagt wird.
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Mit Hilfe einer solchen Anordnung ist der Heizkörper des Gerätes auch
gegen Trockengehen gesichert, da die bei Beginn des Trockengehens weiter ansteigende
Temperatur des Heizkörpers sich über die gleiche Leitvorrichtung und im gleichen
Sinne auf das temperaturempfindliche Organ auswirkt.
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Vorzugsweise kann der Querschnitt des Leitmantels C-Profil aufweisen,
das sich der ganzen Länge nach um die gleichlaufenden und auf der längeren Profilachse
angeordneten Rohre für den Wassereinlauf und die Temperaturausdehnung (Wärmefühler)
legt.
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An Stelle des Temperaturausdehnungsrohres kann auch jedes andere temperaturempfindliche
Organ treten. Mit dieser Anordnung soll bezweckt werden, daß, beim Zapfen des Kaltwassers
durch seitliche und auf das Temperaturausdehnungsrohr gerichtete Öffnungen längs
des Wassereinlaufrohres mit Hilfe des gewählten Profils der Leitvorrichtung das
Temperaturausdehnungsrohr auf seinem ganzen Umfang beaufschlagt wird. Dem gelochten
Leitmantel fällt dabei die Aufgabe zu, die Verdrängung des Heißwassers am Temperaturausdehnungsrohr
besonders in der der Kaltwasserauftreffrichtung abgewandten Seite des Temperaturausdehnungsrohres
zu begünstigen. Darüber hinaus wird durch diesen Leitmantel das Kaltwasser auf die
umliegenden Heizkörper sowohl in der Höhe als auch längs des Umfangs gleichmäßig
verteilt.
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Insbesondere ist der Leitmantel bei Zapfende für den unter weit schwächerem
Druck erfolgenden Wärmetausch in umgekehrter Richtung, also zwecks schneller Heißwasserbeaufschlagung
des Temperaturausdehnungsrohres von außerhalb der Leitvorrichtung, wichtig.
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Die erfindungsgemäße Anordnung führt nicht nur zu der gewünschten
schnellen Ansprechgeschwindigkeit des Thermostaten im normalen Betriebsfall, sondern
auch im Sicherheitsabschaltungsfall. Diese Eigenschaft ist es, die zur Wähl des
erfindungsgemäßen C-Profils der Leitvorrichtung führt. Ordnet man nämlich diese
die beiden Rohre umgebene Leitvorrichtung mit ihrer durch das Profil bedingten offenen
Längsseite nahe beim Heizkörper an, so wirkt bei Übertemperaturen des Heizkörpers
die Leitvorrichtung als eine auf das Temperaturausdehnungsrobr gerichtete Sammelvorrichtung
für die von dem nahe dabei angeordneten Heizkörper auf alle drei Wärmeübertragungsarten
abgegebene Wärme, hauptsächlich für die vom Heizkörper ausgehende Wärmestrahlung.
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Dies gilt sowohl bei Überschreitung der Heizkörpertemperatur infolge
Überhöhung der gewünschten Wassertemperatur als auch vorzugsweise für den Trockengehfall,
bei dem der Strahlungsanteil mit Abstand den Hauptteil der Wärmeübertragung darstellt.
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In den beschriebenen anomalen Fällen, insbesondere beim Trockengehen
des Heizkörpers, handelt es sich um die Sicherheitsabschaltung eines Thermostaten.
Das bedeutet, daß nach einer bestimmten, durch diese Sicherheitsabschaltung bedingten
Abkühlung der Thermostat die Wärmezufuhr wieder freigibt. Der Heizkörper geht also
in der Folgezeit zeitweise trocken. Hierbei wirkt die bis zur Sicherheitsabschaltung
im Heizkörper gespeicherte und dann in Fluß kommende Wärme auf das Heiß-
Wassergerät
temperaturerhöhend, ehe die Temperatur zum Abklingen kommt.
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Diese zeitweise auftretenden thermischen Überbelastungserscheinungen
im Trockengehfall, die vom Heißwassergerät auf die Dauer nicht ohne Schaden ertragen
werden können, lassen sich aber weiter erfindungsgemäß vermeiden, indem die heizfreie
Zeit der beschriebenen Schaltung durch künstlich langsamere Abkühlung des das Temperaturausdehnungsrohrumgebenden
Mittels (Dampf, Luft) verlängert wird. Dies wird beispielsweise durch eine - bei
den bekannten Durchlauferhitzern nicht übliche, aber bei den Heißwasserspeichern
bekannte - Wärmedämmung des Wasserbehälters erfüllt, die gleichzeitig in der wasserentnahmelosen
Zeit, d. h. im Speicherfall, die Wärmeverluste bekanntermaßen auf ein erträgliches
Maß herabmindert. Bei Anordnung dieser Wärmedämmung erhöht sich die Schaltperiodendauer
auf viele Stunden.
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Durchlauferhitzer, die auch als Heißwasserspeicher arbeiten können,
sind zusätzlich mit einem Handschalter für dieWärmezufuhrundAbsperrung ausgerüstet,
um in zeitlich langen, wasserentnahmelosen Zeiten, beispielsweise im Haushalt am
frühen Vormittag, am Nachmittag und insbesondere nachts, aus wirtschaftlichen Gründen
das gespeicherte Wasser wegen der Wärmeverluste durch Wärmezufuhr nicht unnötig
auf Temperatur halten zu müssen.
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Da durch die beschriebene Wärmedämmung beim Trockengehen des Heizkörpers
die Schaltperiode des Thermostaten auf viele Stunden ausgedehnt wird, kann mit Sicherheit
angenommen werden, daß durch die gewohnte Wärmeabsperrung von Hand; welche j a mehrmals
am Tag und bestimmt abends erfolgt, die sonst durch den Thermostaten bestimmte Wärmezufuhr
unterbunden wird. Zudem dürfte ein Trockengehen des Heizkörpers nur bei Netzwasserdruckverminderung
und daher vorübergehend erfolgen; auch wird vorzugsweise als zweite Sicherung, die
hauptsächlich erst vor Eintreten eines Katastrophenfalles in Tätigkeit tritt, noch
eine auf Übertemperatur ansprechende und mit dem Heizkörper wärmeleitend verbundene,
nach dem Schmelzlotprinzip arbeitende Temperaturabschaltvorrichtung eingebaut, die
von sich aus nur eine einzige Wärmeabsperrung vornehmen kann.
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. In der nachfolgenden Darstellung wird eine Anordnung nach der Erfindung
gezeigt. Es stellt dar Fig. i einen Durchlauferhitzer größtenteils im senkrechten
Mittelschnitt und Fig. z einen waagerechten Schnitt durch den Durchlauferhitzer
nach der Linie 2-2 in Fig. i. Der Durchlauferhitzer besteht im einzelnen aus dem
Wasserbehälter i, der von einer Wärmedämmschicht 2 mit einem äußeren Schutzmantel
3 umgeben ist. In den Wasserbehälter hinein ragen von unten her das Überlaufrohr
q. und das Einlauf rohr 5, welches der Länge nach mit seitlichen Öffnungen 6 versehen
ist, die auf den nahe bei dem Rohr 5 und gleichlaufenden Wärmefühler 7 eines nicht
weiter gezeichneten Thermostaten gerichtet sind. Einlaufrohr 5 und Wärmefühler 7
sind von einem mit vielen Öffnungen 8 versehenen und C-Querschnitt aufweisenden
Leitblech 9 umhüllt, dessen offene Seite io zu einem in der Nähe befindlichen Teil
des elektrischen Heizkörpers i i zeigt. Der Heizkörper i i und eine Temperaturabschaltvorrichtung
12, die als zweite Sicherung kurz vor Eintreten des Katastrophenfalles in Tätigkeit
tritt, sind in einem Behälterflansch 13 befestigt.
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In der wasserentnahmelosen Zeit wird das Behälterwasser mit Hilfe
des Thermostaten (Wärmefühler 7) im Heißwasserbereithaltazustand gehalten. Unmittelbar
nach Zapfbeginn wird der Wärmefühler 7 von dem aus dem Netz in das Einlaufrohr nachfließenden
und aus dessen Öffnungen 6 ausströmenden Kaltwasser der Länge nach unmittelbar und
mit Hilfe des Leitbleches 9 am ganzen Umfang beaufschlagt, so daß fast ohne Verzug
die Einschaltung des elektrischen Heizkörpers i i ausgelöst wird.
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Über die Öffnungen 8 und die offene Seite io des Leitbleches 9 wandert
das Kaltwasser schnell und gleichmäßig in den eigentlichen Wasserbehälter i, wo
es durch den elektrischen Heizkörper i i erwärmt wird, ehe 4#s als Heißwasser über
das Überlaufrohr q. ausfließt.
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Das Leitblech 9 ist insbesondere aber wichtig für die Abschaltung
des elektrischen Heizkörpers i i unmittelbar nach Zapfende, da nach Ausbleiben des
Kaltwassernachschubs beim Abklingen der Strömung ein Wasserumlauf durch diese Öffnungen
8 und io sich einstellt und auf diesem Wege heißes Behälterwasser schnell in das
Leitblech g gelangt, wo es auf Grund der Profilform an den Wärmefühler 9 herangetragen
wird. Insbesondere trägt das aus der Umgebung des nahen, heißen Heizkörpers i i
stammende, heißere Behälterwasser auf diesem Wege zur Heißwasserbeaufschlagung des
Wärmefühlers 7 bei, der infolgedessen schneller zum Ansprechen gebracht wird.
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Im Trockengehfall wird von dem dabei sich unzulässig hoch erhitzenden
Heizkörper bekanntlich Wärme durch Strahlung abgegeben. Diese wird zu einem genügend
großen Teil im Leitblech 9 eingefangen und auf Grund seines C-Profils auf den Wärmefühler
7 gerichtet, so daß dieser schnell zum Ansprechen gebracht wird.