DE4008329C1 - Electric water heater - has resistance heater embedded in electrically insulating material, esp. magnesium oxide - Google Patents
Electric water heater - has resistance heater embedded in electrically insulating material, esp. magnesium oxideInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wassererhitzer mit einem Wasser behälter und einem in dem Wasserbehälter angeordneten Rohrheizkörper, wobei der Rohrheizkörper ein Schutzrohr und eine in dem Schutzrohr angeordnete Widerstandsheizung aufweist, das Schutzrohr aus einem anodisch passivierba ren, elektrisch leitenden Material besteht, in dem Wasserbehälter eine Gegen elektrode vorgesehen ist oder der Wasserbehälter oder ein Teil des Wasser behälters eine Gegenelektrode bildet und zwischen dem Schutzrohr und der Ge genelektrode betriebsmäßig eine Schutzspannung anliegt und das Schutzrohr dabei als Anode geschaltet ist.The invention relates to an electric water heater with a water container and a tubular heater arranged in the water container, wherein the tubular heater has a protective tube and one arranged in the protective tube Resistance heating has, the protective tube from anodic passivable ren, electrically conductive material, there is a counter in the water tank Electrode is provided or the water tank or part of the water container forms a counter electrode and between the protective tube and the Ge operational electrode there is a protective voltage and the protective tube is connected as an anode.
Der bekannte elektrische Wassererhitzer, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die DE-OS 31 05 922), weist als Rohrheizkörper eine haarnadelförmige Heiz schleife auf, die an beiden Enden aus dem Wasserbehälter herausgeführt ist. Das Schutzrohr des Rohrheizkörpers besteht aus einem anodisch passivierbaren Material, z. B. aus Titan, und ist außen mit einer Aktivierungsbeschichtung aus Platin versehen.The well-known electric water heater from which the invention is based (cf. DE-OS 31 05 922) has a hairpin-shaped heater as a tubular heater loop on, which is led out of the water tank at both ends. The protective tube of the tubular heater consists of an anodically passivable Material, e.g. B. made of titanium, and is on the outside with an activation coating made of platinum.
Durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen dem Schutzrohr und der von einem Teil der Behälterwandung gebildeten Gegenelektrode werden Kalkablagerungen am Schutzrohr des Rohrheizkörpers verhindert. Durch die zusätzliche Akti vierungsbeschichtung hat das Schutzrohr gleichzeitig die Funktion einer Inert anode für den kathodischen Korrosionsschutz des Wasserbehälters.By applying a DC voltage between the protective tube and that of one Limescale deposits form part of the counter electrode prevented on the protective tube of the tubular heater. Through the additional acti The protective tube also has the function of an inert coating anode for the cathodic corrosion protection of the water tank.
Bei dem bekannten elektrischen Wassererhitzer wird einerseits mit Schutz stromdichten von wenigen µA/cm2 gearbeitet, begrenzt man andererseits die Heizleistung der Widerstandsheizung auf relativ niedrigem Niveau, nämlich auf Werte um 2 bis 3 W/cm2. Die an sich mögliche Heizleistung einer Wider standsheizung wird also nur begrenzt ausgenutzt, was relativ lange Aufheiz zeiten zur Folge hat.In the known electric water heater, on the one hand protection current densities of a few μA / cm 2 are used , and on the other hand the heating power of the resistance heater is limited to a relatively low level, namely to values of around 2 to 3 W / cm 2 . The possible heating power of a resistance heater is therefore only used to a limited extent, which results in relatively long heating times.
Der Lehre der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten elek trischen Wassererhitzer so auszugestalten und weiterzubilden, daß er er heblich vielfältiger eingesetzt werden kann. The teaching of the invention is based on the known elek trical water heater to design and develop that he can be used in a wide variety of ways.
Der erfindungsgemäße elektrische Wassererhitzer, bei dem die zuvor aufge zeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr und die Gegenelektrode auf eine Schutzstromdichte von mindestens 50 bis 70 µA/cm² ausgelegt sind. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß eine hohe Stromdichte des Schutzstroms eine Vielzahl von Vorteilen hat. Durch die hohe Strombelastung des Rohrheizkörpers wird eine Kalkabscheidung auf seiner Oberfläche vollständig vermieden. Gleichzeitig wird aber auch eine ansonsten durch eine hohe Temperatur des Wassers im Wasserbehälter verursachte Ausfäl lung von Kalk im Wasserbehälter vermieden. Dadurch kann der erfindungsgemäße elektrische Wassererhitzer auch im Rahmen von Waschmaschinen oder Spülma schinen eingesetzt werden. Entsprechende Einsatzgebiete gibt es auch in anderen technischen Gebieten.The electric water heater according to the invention, in which the previously up showed task is solved, is characterized in that the protective tube and the counter electrode to a protective current density of at least 50 to 70 µA / cm² are designed. According to the invention it has been recognized that a high Current density of the protective current has a number of advantages. Through the high current load on the tubular heater will cause a lime scale on its Surface completely avoided. At the same time, however, it also becomes an otherwise Precipitation caused by a high temperature of the water in the water tank Avoid limescale in the water tank. This allows the invention electric water heaters also in the context of washing machines or dishwashers machines are used. Corresponding areas of application also exist in other technical fields.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Wassererhitzer ist die Widerstands heizung vorzugsweise in einem elektrisch isolierenden Werkstoff, insbeson dere in Magnesiumoxid, eingebettet.In the electric water heater according to the invention, the resistance is heating preferably in an electrically insulating material, in particular others embedded in magnesium oxide.
Die erfindungsgemäß sehr hohe betriebsmäßige Stromdichte des Schutzstroms er laubt es, mit hohen Heizleistungen der Widerstandsheizung zu arbeiten. An stelle der wenigen W/cm2 des elektrischen Wassererhitzers des Standes der Technik kann die Widerstandsheizung des erfindungsgemäßen elektrischen Was sererhitzers mit einer auf die Oberfläche des Schutzrohres bezogenen spezi fischen Leistung von mehr als 6 W/cm2 bis zu 40 W/cm2, vorzugsweise mit ei ner spezifischen Leistung von 20 bis 40 W/cm2 betrieben werden. Es liegt auf der Hand, daß die damit erreichbaren Aufheizzeiten wesentlich geringer sind als im Stand der Technik.The very high operational current density of the protective current according to the invention allows it to work with high heating powers of the resistance heater. In place of the few W / cm 2 of the electric water heater of the prior art, the resistance heater of the electric water heater according to the invention can have a specific power output of more than 6 W / cm 2 up to 40 W / cm 2 , based on the surface of the protective tube, preferably operated with a specific power of 20 to 40 W / cm 2 . It is obvious that the heating times that can be achieved with this are considerably shorter than in the prior art.
Für die Nutzung als Anode hat sich unter Berücksichtigung der hohen Schutz stromdichte gemäß der Erfindung eine Gestaltung des Rohrheizkörpers als Heiz patrone als besonders zweckmäßig erwiesen.For use as an anode has been taken into account the high protection current density according to the invention a design of the tubular heater as a heater cartridge proven to be particularly useful.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre sind Gegenstand wei terer Patentansprüche. Im übrigen wird hierzu auf die lediglich ein Aus führungsbeispiel der Erfindung darstellende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigtFurther refinements and developments of teaching are the subject of white ter claims. For the rest, this is only an off exemplary embodiment of the invention referenced drawing. In the Drawing shows
Fig. 1 in einer Prinzipdarstellung, im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Wassererhitzers, Fig. 1 is a schematic diagram, in cross-section an embodiment of an electric water heater,
Fig. 2 im Schnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Rohrheiz körpers für den elektrischen Wassererhitzer gemäß Fig. 1 und Fig. 2 in section a preferred embodiment of a tubular heater for the electric water heater according to FIGS . 1 and
Fig. 3 im Schnitt entlang der Linie III-III den Rohrheizkörper aus Fig. 2. Fig. 3 taken along the line III-III of the heating element made of FIG. 2.
Der in Fig. 1 dargestellte elektrische Wassererhitzer ist so oder in ähn licher Form vom grundsätzlichen Aufbau her seit langem bekannt. Dieser Was sererhitzer weist zunächst einen Wasserbehälter 1 auf, der im hier darge stellten Ausführungsbeispiel nicht isoliert ist; es handelt sich also um einen elektrisch beheizten Warmwasserboiler. Ein solcher Wasserbehälter 1 besteht üblicherweise aus einem mit einem Oberflächenschutz versehenen Me tallblech und ist in anderen Ausführungsbeispielen häufig auch doppelwandig ausgeführt, besteht also dann aus einem Innenmantel aus verzinktem oder vor zugsweise emaillierten Stahlblech, aus (verzinntem) Kupferblech oder aus Hartporzellan, aus einem Außenmantel, beispielsweise aus lackiertem Stahl blech, und aus einer dazwischenliegenden Wärmedämmschicht, z. B. aus Kork schrot, Glaswolle oder wärmedämmenden Schaumkunststoffen. Generell gilt für elektrische Heißwasserheizungen der in Rede stehenden Art DIN 44 901, worauf hier verwiesen werden darf.The electric water heater shown in Fig. 1 has been known for a long time or so in similar form from the basic structure. This water heater first has a water tank 1 , which is not isolated in the embodiment shown here Darge; it is an electrically heated water heater. Such a water tank 1 usually consists of a provided with a surface protection Me tallblech and is often double-walled in other embodiments, so then consists of an inner jacket made of galvanized or preferably enamelled steel sheet, (tinned) copper sheet or hard porcelain, from an outer jacket , for example from painted steel sheet, and from an intermediate thermal barrier layer, for. B. from cork, glass wool or heat-insulating foam plastics. Generally applies to electrical hot water heaters of the type in question DIN 44 901, to which reference may be made here.
In dem Wasserbehälter 1 des elektrischen Wassererhitzers ist ein Rohrheiz körper 2 angeordnet. Der Rohrheizkörper 2 weist im hier dargestellten Aus führungsbeispiel in der üblichen Weise ein mit dem im Wasserbehälter 1 be findlichen Wasser in Berühung kommendes Schutzrohr 3 und eine in dem Schutz rohr 3 angeordnete Widerstandsheizung 4 auf. Eine solche Widerstandsheizung 4 weist von elektrischem Strom durchflossene Heizelemente aus Heizleiterwerk stoffen auf. Heizleiterwerkstoffe sind metallische oder nichtmetallische Werkstoffe, wie beispielsweise Nickelbasislegierungen, Edelmetallverbindun gen oder Wolfram- und Molybdänlegierungen, aber auch Siliciumkarbid und Molybdändisilicid, des weiteren Kohlenstoff und Graphit ebenso wie dotierte Halbleiterwerkstoffe modernerer Zusammensetzung. Allen Heizleiterwerkstof fen ist gemeinsam, daß durch Stromfluß in erheblichem Maße Wärme erzeugt wird.In the water tank 1 of the electric water heater, a tubular heater 2 is arranged. The tubular heating element 2 has in the illustrated From operation example in the usual manner a coming with the water in the container 1 be water-sensitive in Berühung protective pipe 3 and a pipe in the protection 3 are arranged resistance heater 4 on. Such a resistance heater 4 has heating elements from heating conductor materials through which electrical current flows. Heating conductor materials are metallic or non-metallic materials, such as nickel-based alloys, noble metal compounds or tungsten and molybdenum alloys, but also silicon carbide and molybdenum disilicide, as well as carbon and graphite, as well as doped semiconductor materials with a more modern composition. All Heizleiterwerkstof fen has in common that heat is generated to a considerable extent by current flow.
Der Rohrheizkörper 2 kann in an sich bekannter Weise als Heizschleife oder Heizschlange ausgeführt und an beiden Enden aus dem Wasserbehälter 1 heraus geführt sein. Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungs beispiel ist aber der Rohrheizkörper 2 als Heizpatrone ausgeführt, also an einem Ende aus dem Wasserbehälter 1 herausgeführt und am anderen Ende im Wasserbehälter 1 geschlossen. In Fig. 1 erkennt man deutlich das hier als helixartig gewundener Widerstandsdraht ausgeführte Heizelement der Wider standsheizung 4, das einerseits direkt, andererseits über eine Rückleitung mit größerem Querschnitt mit Anschlußleitungen 5 zum Anschluß an eine Ver sorgungsspannung verbunden ist. Eine Vielzahl anderer Konstruktionsarten für die Widerstandsheizung 4 ist denkbar und dem Fachmann auffindbar; eine besonders bevorzugte Gestaltung der Widerstandsheizung 4 wird später noch im einzelnen beschrieben.The tubular heater 2 can be designed in a manner known per se as a heating loop or heating coil and can be guided out of the water tank 1 at both ends. In the embodiment shown here and preferred in this respect, however, the tubular heater 2 is designed as a heating cartridge, that is, it is led out at one end from the water tank 1 and closed at the other end in the water tank 1 . In Fig. 1 you can clearly see the here executed as a helical resistance wire heating element of the resistance heater 4 , the one hand directly, on the other hand via a return line with a larger cross section with connecting lines 5 for connection to a supply voltage Ver connected. A large number of other types of construction for the resistance heater 4 are conceivable and can be found by the person skilled in the art; a particularly preferred design of the resistance heater 4 will be described later in detail.
Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Widerstandsheizung 4 in einem elektrisch isolierenden Werk stoff 6 eingebettet. Der Werkstoff 6 muß zwei Anforderungen erfüllen, näm lich einerseits elektrisch isolierend sein, andererseits thermisch eine möglichst hohe Leitfähigkeit haben, damit sich ein hoher Wärmeübergang von der Widerstandsheizung 4 auf das Wasser im Wasserbehälter 1 ergibt. Hier sind verschiedene Werkstoffe bekannt, insbesondere hat sich Magnesiumoxid als zweckmäßig erwiesen. In the embodiment shown here and preferred in this respect, the electrical resistance heater 4 is embedded in an electrically insulating material 6 . The material 6 must meet two requirements, namely on the one hand electrically insulating, on the other hand have the highest possible thermal conductivity, so that there is a high heat transfer from the resistance heater 4 to the water in the water tank 1 . Various materials are known here, in particular magnesium oxide has proven to be expedient.
Bei dem hier dargestellten Wassererhitzer besteht das Schutzrohr 3 aus einem inerten, elektrisch leitenden Material. Ein Teil des Wasserbehälters 1 bil det eine Gegenelektrode 7. Zwischen dem Schutzrohr 3 und der Gegenelektrode 7 liegt betriebsmäßig eine Gleichspannung an. Das Schutzrohr 3 ist dabei als Anode geschaltet, liegt also auf einem gegenüber der Gegenelektrode 7 höheren elektrischen Potential. Das Schutzrohr 3 hat also zusätzlich zur mechani schen Schutzfunktion für die Widerstandsheizung 4 noch eine elektrische Funk tion als Anode eines elektrischen Schutzstromkreises, der vom Heizkreis völ lig getrennt ist. Dieser elektrische Schutzstromkreis mit der entsprechen den Polung des Schutzrohrs 3 als Anode hat das Ergebnis, daß sich am Schutz rohr 3 Kalkansätze nicht mehr finden. Im übrigen ist es im Grundsatz gleich gültig, auf welchem Wege in dem Rohrheizkörper 2 die Wärme erzeugt wird. Grundsätzlich könnte man also die anodische Belastung des Schutzrohrs 3 im elektrischen Schutzkreis auch dann realisieren, wenn sich im Inneren des Schutzrohres keine Widerstandsheizung, sondern eine andere Heizung, beispiels weise ein katalytischer Heizkörper oder ein flüssiges Heizmedium befände.In the water heater shown here, the protective tube 3 consists of an inert, electrically conductive material. Part of the water tank 1 bil det a counter electrode 7 . Operationally, a DC voltage is present between the protective tube 3 and the counter electrode 7 . The protective tube 3 is connected as an anode, ie it is at a higher electrical potential than the counter electrode 7 . The protective tube 3 thus has, in addition to the mechanical protective function for the resistance heater 4 , an electrical function as an anode of an electrical protective circuit which is completely separated from the heating circuit. This electrical protective circuit with the corresponding polarity of the protective tube 3 as an anode has the result that there are no more limescale deposits on the protective tube 3 . For the rest, it is basically the same in which way the heat is generated in the tubular heating element 2 . In principle, the anodic loading of the protective tube 3 in the electrical protective circuit could also be realized if there was no resistance heating in the interior of the protective tube, but another heating, for example a catalytic heating element or a liquid heating medium.
Für das Schutzrohr 3 empfiehlt sich als Material Titan, Tantal oder Niob oder Titan-, Tantal- oder Niobverbindungen oder -legierungen.Titanium, tantalum or niobium or titanium, tantalum or niobium compounds or alloys are recommended for the protective tube 3 .
Zur anodischen Aktivierung der Oberfläche des Schutzrohrs 3 kann es sich empfehlen, dieses zumindest außen mit einer Aktivierungsbeschichtung zu versehen. Diese besteht hier nach bevorzugter Lehre aus Edelmetallmisch oxiden.For anodic activation of the surface of the protective tube 3 , it may be advisable to provide it with an activation coating at least on the outside. According to the preferred teaching, this consists of mixed noble metal oxides.
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schutzrohr 3 wegen der Gestaltung des Rohrheizkörpers 2 als Heizpatrone in einer einzigen Iso lationsdurchführung 8 in der Wandung des Wasserbehälters 1 gehalten. Das Schutzrohr 3 ragt durch die Isolationsdurchführung 8 heraus und bietet auf der Außenseite des Wasserbehälters 1 eine freie Fläche, die als elektrischer Anschluß 9 für das Schutzrohr 3 im elektrischen Schutzstromkreis dient. Die Anschlußleitungen 5 sind durch eine elektrisch isolierende Abdichtung 10 im Schutzrohr 3 geführt, die das Schutzrohr 3 am in Fig. 1 unten liegenden, aus dem Wasserbehälter 1 herausragenden, ansonsten offenen Ende schließt.In the embodiment shown in Fig. 1, the protective tube 3 is held due to the design of the tubular heater 2 as a heating cartridge in a single Iso lationsdurchführung 8 in the wall of the water tank 1 . The protective tube 3 protrudes through the insulation bushing 8 and offers a free area on the outside of the water tank 1 , which serves as an electrical connection 9 for the protective tube 3 in the electrical protective circuit. The connecting lines 5 are guided through an electrically insulating seal 10 in the protective tube 3 , which closes the protective tube 3 at the bottom in FIG. 1, which protrudes from the water tank 1 and is otherwise open.
Die zuvor erläuterte Verwendung des Wasserbehälters 1 als Gegenelektrode 7 für das als Anode geschaltete Schutzrohr 3 im elektrischen Schutzstromkreis hat einen besonderen zusätzlichen Vorteil, nämlich den, die innere Ober fläche des Wasserbehälters 1 kathodisch gegen Korrosion zu schützen. An der als Kathode geschalteten Gegenelektrode 7 und damit an der Innenwandung des Wasserbehälters 1 können Korrosionsvorgänge nicht oder nur erheblich lang samer ablaufen als sonst üblich.The previously explained use of the water container 1 as a counter electrode 7 for the protective tube 3 connected as an anode in the electrical protective circuit has a particular additional advantage, namely that of cathodically protecting the inner upper surface of the water container 1 against corrosion. At the counter electrode 7 connected as the cathode and thus on the inner wall of the water container 1 , corrosion processes cannot take place, or can take place only considerably more slowly than usual.
Selbstverständlich könnte die Gegenelektrode aber auch separat in den Wasser behälter eingesetzt sein (siehe z. B. die EP-OS 01 56 221).Of course, the counter electrode could also be placed separately in the water be used container (see e.g. EP-OS 01 56 221).
Für den hier dargestellten elektrischen Wassererhitzer ist nun zunächst wesentlich, daß das Schutzrohr 3 und die Gegenelektrode 7 auf eine Schutz stromdichte von mindestens 50 bis 70 µA/cm2 ausgelegt sind, so daß im Be trieb zwischen dem Schutzrohr 3 und der Gegenelektrode 7 ein Schutzstrom mit einer Mindeststromdichte von 50 bis 70 µA/cm2 fließen kann. Die Vorteile dieser Vorgabe sind im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden.For the electric water heater shown here, it is now essential that the protective tube 3 and the counter electrode 7 are designed for a protective current density of at least 50 to 70 μA / cm 2 , so that in operation between the protective tube 3 and the counter electrode 7, a protective current can flow with a minimum current density of 50 to 70 µA / cm 2 . The advantages of this requirement have been explained in the general part of the description.
Für den dargestellten elektrischen Wassererhitzer ist ferner von Bedeutung, daß die Widerstandsheizung 4 eine auf die Oberfläche des Schutzrohrs 3 be zogene spezifische Leistung von mehr als 6 W/cm2 bis zu 40 W/cm2, vorzugs weise von 20 bis 40 W/cm2 aufweist. Dadurch kann man entweder die Heizleist ung drastisch erhöhen, so daß die Aufheizzeiten verkürzt werden, oder bei gleicher Heizleistung kann man den Rohrheizkörper 2 erheblich kleiner aus führen als bisher üblich. Damit sind Kosteneinsparungen verbunden, die die höheren Kosten des besonderen, inerten Materials des Schutzrohrs 3 praktisch wieder ausgleichen. For the electric water heater shown is also important that the resistance heater 4 a specific to the surface of the protective tube 3 be specific power of more than 6 W / cm 2 to 40 W / cm 2 , preferably from 20 to 40 W / cm 2 has. This can either drastically increase the heating power, so that the heating-up times are shortened, or, with the same heating power, the tubular heating element 2 can be made considerably smaller than was previously the case. This is associated with cost savings which practically compensate for the higher costs of the special, inert material of the protective tube 3 .
Die erforderliche Gleichspannung zwischen dem Schutzrohr 3 und der Gegen elektrode 7 wird zweckmäßigerweise über einen Potentiostaten gesteuert bzw. geregelt (siehe auch die EP-OS 01 56 221). Für den erfindungsgemäßen elek trischen Wassererhitzer gilt nun eine besonders bevorzugte Gestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Potentiostat als Unterbrecherpotentiostat ausgeführt ist und daß bei vorgegebenem, die erforderliche Mindeststrom dichte definierenden Sollpotential über die Unterbrecherfunktion eine Steue rung bzw. Regelung des Gesamtstroms gewährleistet ist. Auf diese Weise kann ohne große Schwierigkeiten auch der ausreichende kathodische Korrosions schutz des Wasserbehälters gewährleistet werden.The required DC voltage between the protective tube 3 and the counter electrode 7 is expediently controlled or regulated via a potentiostat (see also EP-OS 01 56 221). For the electric water heater according to the invention, a particularly preferred design now applies, which is characterized in that the potentiostat is designed as an interrupter potentiostat and that for a given, the required minimum current density-defining target potential via the interrupter function, a control or regulation of the total current is ensured. In this way, the sufficient cathodic corrosion protection of the water tank can be ensured without great difficulty.
In elektrischen Warmwasserbereitern der in Rede stehenden Art sind bislang an sich bekannte selbstregelnde Widerstandsheizungen mit Kaltleitern nicht eingesetzt worden. Kaltleiter sind Bauelemente mit einem großen positiven Temperaturkoeffizienten und bestehen beispielsweise aus bestimmten Metall legierungen, z. B. aus Wolframlegierungen, oder aus dotierten Halbleitern, z. B. dotierter Titanatkeramik. Für einen Kaltleiter ist eine sprunghafte Erhöhung des Widerstands in einem engen Temperaturintervall typisch, wobei häufig ein bistabiles Verhalten vorgegeben ist. Das bistabile Verhalten ei nes Kaltleiters bedeutet, daß dieser seinen hohen Widerstand auch dann bei behält, wenn die Temperatur drastisch abgesunken ist. Ein Kaltleiter mit derart bistabilem Verhalten geht erst wieder in seinen Zustand mit gerin gem Widerstand über, wenn die Widerstandsheizung insgesamt von der Versor gungsspannung getrennt worden ist.So far in electric water heaters of the type in question not known self-regulating resistance heaters with PTC thermistors been used. PTC thermistors are components with a large positive Temperature coefficients and consist for example of certain metal alloys, e.g. B. from tungsten alloys, or from doped semiconductors, e.g. B. doped titanate ceramic. For a PTC thermistor is a leap Increase in resistance in a narrow temperature range is typical, whereby bistable behavior is often prescribed. The bistable behavior PTC thermistor means that this also has its high resistance retains when the temperature has dropped dramatically. A PTC thermistor with such bistable behavior only comes back into its state according to resistance when the resistance heating is total from the utility supply voltage has been disconnected.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist es nun auch im vorliegenden Fall möglich, daß die Widerstandsheizung 4 mindestens ein Kaltleiterelement 11 aufweist. Im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und Fig. 3 besteht die Widerstandsheizung 4 sogar vollständig aus mehreren Kaltleiterelementen 11. Wegen der wegfallenden Gefahr eines Kalk ansatzes am Schutzrohr 3 und eines damit verbundenen Wärmestaus lassen sich die Arbeitsbedingungen der Kaltleiterelemente 11 leicht und zuverlässig vor ausberechnen, so daß man sicher ist, daß im normalen, alltäglichen Betrieb die selbstregelnde Funktion der Kaltleiterelemente 11 nicht auftreten wird, sondern daß sie nur dann auftritt und zu einer Abschaltung der Widerstands heizung 4 führt, wenn wirklich ein Betriebsnotfall vorliegt.Based on the teaching according to the invention, it is now also possible in the present case for the resistance heater 4 to have at least one PTC thermistor element 11 . In here, and preferred embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 3, the heating resistor 4 is made even completely from several PTC elements 11. Because of the absence of the risk of limescale on the protective tube 3 and the associated build-up of heat, the working conditions of the PTC thermistor elements 11 can be easily and reliably calculated beforehand, so that it is certain that the self-regulating function of the PTC thermistor elements 11 will not occur in normal, everyday operation. but that it only occurs and leads to a shutdown of the resistance heater 4 when there really is an emergency.
Die Kaltleiterelemente 11 sind im hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Preßmaterial hergestellt und bedürfen der Zuordnung elektrischer Kontaktelemente 12, da sie ansonsten nicht ohne weiteres elektrisch kon taktiert werden können. Zur elektrischen Verbindung zwischen den Kaltlei terelementen 11 und den elektrischen Kontaktelementen 12 bedarf es eines be stimmten Kontaktdrucks, der beispielsweise durch eine aufgeschrumpfte Sili konisolation erzeugt werden kann. Im hier dargestellten und insoweit be vorzugten Ausführungsbeispiel gilt überdies, daß die Kaltleiterelemente 11 im elektrisch isolierenden Werkstoff 6, insbesondere im Magnesiumoxid, un ter Druck eingebettet sind. Genaugenommen ist es hier so, daß das Schutz rohr 3 mit eingebrachten Kaltleiterelementen 11, Kontaktelementen 12 und isolierendem Werkstoff 6 zur Druckerzeugung gewalzt ist.The PTC thermistor elements 11 are made in the exemplary embodiment shown here from a pressed material and require the assignment of electrical contact elements 12 , since otherwise they can not be easily electrically con tacted. For the electrical connection between the Kaltlei terelements 11 and the electrical contact elements 12 , a certain contact pressure be required, which can be generated, for example, by a shrunk-on silicon insulation. In the embodiment shown here and in this respect, be preferred that the PTC elements 11 are embedded in the electrically insulating material 6 , in particular in magnesium oxide, under pressure. Strictly speaking, it is here that the protective tube 3 is rolled with inserted PTC thermistor elements 11 , contact elements 12 and insulating material 6 for generating pressure.
Fig. 3 zeigt den konstruktiven Aufbau des erfindungsgemäßen Wassererhitzers dieses Ausführungsbeispiels besonders deutlich und zeigt damit, daß hier die Kaltleiterelemente 11 streifenförmig ausgebildet und etwa symmetrisch zur Längsachse des Schutzrohrs 3 angeordnet sind, die Kontaktelemente 12 ge kappt-halbkreis-streifenförmig ausgeführt und mit den Flachseiten an den Flachseiten der Kaltleiterelemente 11 anliegend angeordnet sind und diese Anordnung in einem Innenzylinder aus dem isolierenden Werkstoff 6, insbe sondere Magnesiumoxid, eingebettet ist. Fig. 2 macht deutlich, wie sich ganz von selbst durch die hier gewählte Anordnung die elektrische, schienenartige Verbindung der Kontaktelemente 12 mit den Anschlußleitungen 5 ergibt. Fig. 3 shows the structural design of the water heater according to the invention of this embodiment particularly clearly and shows that here the PTC elements 11 are strip-shaped and are arranged approximately symmetrically to the longitudinal axis of the protective tube 3 , the contact elements 12 are executed c-semicircular-strip-shaped and with the flat sides are arranged adjacent to the flat sides of the PTC thermistor elements 11 and this arrangement is embedded in an inner cylinder made of the insulating material 6 , in particular magnesium oxide. Fig. 2 makes it clear how the electrical, rail-like connection of the contact elements 12 to the connecting lines 5 results naturally from the arrangement selected here.
Bei entsprechender Einstellung der Kaltleiterelemente 11 kann man diese auch zur Temperaturregelung der Wassertemperatur im Wasserbehälter 1 nutzen, so daß die Kaltleiterelemente 11 bei Erreichen der Solltemperatur des Wassers keinen bzw. praktisch keinen Strom mehr aufnehmen. Bei einer wechselnden, einstellbaren Solltemperatur des Wassers im Wasserbehälter 1 empfiehlt sich allerdings eine externe Temperaturregelung mit einem Temperaturfühler im Wasserbehälter 1, wobei dann die Funktion der Kaltleiterelemente 11 bzw. ei nes Kaltleiterelements in der Widerstandsheizung 4, die ansonsten auch an ders ausgeführt sein kann, auf eine Sicherheitsabschaltung beschränkt ist.With an appropriate setting of the PTC thermistor elements 11 , they can also be used to regulate the temperature of the water temperature in the water tank 1 , so that the PTC thermistor elements 11 receive no or practically no current when the desired temperature of the water is reached. In an alternate, adjustable set temperature of the water in the water tank 1, however, recommends an external temperature control with a temperature sensor in the water reservoir 1, in which case the function of the PTC elements 11 and ei nes PTC element into the heating resistor 4, which may otherwise be also performed on idem, is limited to a safety shutdown.
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