DE10145575A1

DE10145575A1 - Warmwasserspeicher

Info

Publication number: DE10145575A1
Application number: DE10145575A
Authority: DE
Inventors: Stefan Braendler; Werner Wenzel; Paul Schneider-Hohendorf
Original assignee: ELECTOLUX HAUSTECHNIK GmbH
Current assignee: EHT Haustechnik GmbH
Priority date: 2001-09-15
Filing date: 2001-09-15
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Warmwasserspeicher mit einem Metallbehälter mit einer elektrischen Heizeinrichtung, wobei ein Mittel zur Erfassung eines zwischen dem Behälter und einem im Behälterinneren angeordneten Gegenstand fließenden Stroms vorgesehen ist, welches Mittel das Einschalten der Heizeinrichtung bei fehlendem oder zu geringem Strom verhindert und/oder die Heizeinrichtung abschaltet und/oder ein Signal ausgibt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher mit einem Metallbehälter mit einer elektrischen Heizeinrichtung.

Warmwasserspeicher sind ständig mit Wasser gefüllt, bei der Entnahme von Warmwasser strömt Kaltwasser nach. Es besteht jedoch die Gefahr, dass bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder nach Kundendienstarbeiten die in dem Behälter angeordnete Heizeinrichtung eingeschaltet wird, bevor der Speicher mit Wasser befüllt ist.

Es gibt auch Warmwasserspeicher, die für den offenen, drucklosen Betrieb vorgesehen sind und im Falle einer Undichtigkeit im Bereich eines Auslaufrohres oder einer Zapfeinrichtung teilweise oder vollständig leer laufen können. Um eine Beschädigung der elektrischen Heizeinrichtung oder einen weitergehenden Schaden wie eine Undichtigkeit oder einen durch Überhitzung verursachten Brand des Geräts zu vermeiden, weisen bekannte Warmwasserspeicher zumeist einen Sicherheitstemperaturbegrenzer auf, der die Stromzufuhr der Heizeinrichtung in diesem Fall zeitversetzt abschaltet. Allerdings darf der Sicherheitstemperaturbegrenzer nur durch den Kundendienst, nach Beheben des Fehlers, wieder eingeschaltet werden. Durch das verzögerte Ausschalten, das durch die Wärmeübertragungszeit zum Fühler des Sicherheitstemperaturbegrenzers bedingt ist, wird das Gerät thermisch geschädigt.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Warmwasserspeicher anzugeben, bei dem das Einschalten der Heizeinrichtung verhindert oder die Heizeinrichtung sofort abgeschaltet wird, wenn die Gefahr einer Überhitzung durch den Betrieb ohne Wasser besteht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Warmwasserspeicher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß ein Mittel zur Erfassung eines zwischen dem Behälter und einem im Behälterinneren angeordneten Gegenstand fließenden Stroms vorgesehen, welches Mittel das Einschalten der Heizeinrichtung bei fehlendem oder zu geringem Strom verhindert und/oder die Heizeinrichtung abschaltet und/oder ein Signal ausgibt.

Eine Gefährdung für den Warmwasserspeicher entsteht, wenn der Wasserspiegel im Behälterinneren einen bestimmten Pegel unterschreitet, so dass die Heizeinrichtung im trockenen Zustand betrieben wird, wodurch es zwangsläufig zu einer Überhitzung und in der Folge zu einer Beschädigung kommt. Erfindungsgemäß wird das Fehlen der Flüssigkeit als Kriterium für eine von dem Mittel auszuführende Aktion benutzt. Ein zu niedriger Wasserstand oder ein vollkommen leerer Warmwasserspeicher wird daran erkannt, dass kein Strom zwischen dem Behälter, genauer gesagt dem Behältergehäuse und einem im Behälterinneren angeordneten Gegenstand fließt.

Beim Normalbetrieb ist der Metallbehälter des Warmwasserspeichers mit Wasser, also einem Elektrolyt, gefüllt. Zumeist kommen Stahlbehälter zum Einsatz, die auf der Innenseite emailliert sind. Allerdings ist diese Emailleschicht nie vollkommen zehr- und fehlstellen-frei, so dass zumindest ein kleiner Teil der stählernen Oberfläche Kontakt mit dem Wasser hat. Diese Stahloberfläche des Metallbehälters des Warmwasserspeichers bildet zusammen mit dem Gegenstand im Inneren des Behälters ein galvanisches Element. Der Gegenstand ist in dem Metallbehälter elektrisch isoliert angeordnet und außerhalb des Metallbehälters über eine Leitung mit, dem Metallbehälter verbunden. In diesem Fall wirken der Gegenstand und die metallische Oberfläche des Behälters als Anode und Kathode, so dass sich im Inneren des Warmwasserspeichers ein durch das Wasser übertragener Stromfluss einstellt. Dieser Stromfluss tritt auf, sobald der Gegenstand und der Metallbehälter von Wasser benetzt sind, d. h. sobald wenigstens eine geringe Flüssigkeitsmenge in dem Warmwasserspeicher vorhanden ist. Umgekehrt kann beim Fehlen des Stroms oder einem im Vergleich zur korrekten Befüllung zu niedrigen Stroms oder einen gegenüber einem Vergleichswert zu geringen Strom der Schluss gezogen werden, dass keine oder zu wenig Flüssigkeit in dem Metallbehälter vorhanden ist, so dass eine Gefahr für Bauteile des Warmwasserspeichers droht.

Erfindungsgemäß weist der Warmwasserspeicher ein Mittel auf, das derart ausgebildet ist, dass es das Fehlen des Stroms oder einem gegenüber einem Vergleichswert zu geringen Strom erkennt und in diesem Fall eine Aktion auslöst. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Einschalten der Heizeinrichtung verhindert wird. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung gegen Einschalten gesperrt werden, so dass ein benutzerseitiges Einschalten nicht möglich ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Mittel die Heizeinrichtung bei fehlendem oder zu geringem Strom abschaltet. Dieser Fall kann insbesondere dann auftreten, wenn bei eingeschalteter Heizeinrichtung eine Leckage auftritt und der Metallbehälter leer läuft. In diesem Fall kann das Mittel die Stromversorgung der Heizeinrichtung abschalten, so dass keine Überhitzung und Beschädigung auftritt. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Mittel ein Signal ausgibt. Die eingetretene Störung kann als Signal an einen Benutzer, aber auch an ein entferntes Gerät oder eine Steuerungs- oder Überwachungseinheit übermittelt werden, die zur Haus- oder Gebäudeinstallation gehören kann.

Es ist zweckmäßig, wenn das Mittel zur Messung des Stroms ausgebildet ist. Das Mittel kann beispielsweise als Amperemeter ausgebildet sein, so dass eine quantitative Messung des Stroms möglich ist. Beim Vorliegen eines Strommesswerts kann ein Grenzwert für den Strom definiert werden, dessen Unterschreitung darauf hinweist, dass in dem Warmwasserspeicher keine ausreichende Flüssigkeitsmenge enthalten ist. Wenn der gemessene Strom den Grenzwert überschreitet kann daraus geschlossen werden, dass der Behälter mit Wasser gefüllt ist. Auf diese Weise kann ein durch den Trockenlauf entstehender Gerätedefekt verhindert werden.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreitung des Stromgrenzwerts ein elektrisches oder elektronisches Signal an ein externes Gerät übertragbar ist. Das Signal kann an eine zentrale Haus- oder Gebäudesteuerung gegeben werden, die weitere Geräte überwacht.

Besonders vorteilhaft lassen sich die Merkmale des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers bei einem Gerät verwirklichen, das eine Einrichtung für den kathodischen Korrosionsschutz aufweist. Bei diesen Geräten ist im Behälterinneren eine Schutzanode gegenüber dem Behälter elektrisch isoliert eingebaut. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Schutzanode aus einer Magnesiumlegierung besteht. Über die Schutz- oder Opferanode, die den Pluspol einer natürlichen elektrolytischen Zelle bildet, fließt ein Strom zur Kathode, in diesem Fall dem zu schützenden Metall- oder Stahlbehälter und verhindert dessen Korrosion. Die Schutzanode verzehrt sich unter Abgabe des Schutzstroms und muss nach längerer Benutzung ersetzt werden. Der Schutzstrom ist der Messstrom, der gemessen wird, und der als Maß für den Füllgrad interpretiert wird.

Bei einem Warmwasserspeicher mit einer Einrichtung für den kathodischen Korrosionsschutz kann auch vorgesehen sein, dass der Schutzstrom durch eine an eine externe Spannungsquelle angeschlossene Fremdstromanode zugeführt wird, die den Vorteil aufweist, dass sie verschleißfrei arbeitet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass der im Behälterinneren angeordnete Gegenstand die Heizeinrichtung ist. Die Heizeinrichtung kann als vorzugsweise spiralförmiger Heizstab ausgebildet sein und einerseits mit einer Stromquelle und andererseits mit dem Massepotential verbunden sein. Das würde jedoch bewirken, dass die Magnesium-Schutzanode sich auf die Heizeinrichtung verbraucht. Deshalb wird diese isoliert eingebaut, was jedoch zu der bekannten Stromaustritts-Korrosion an der Heizeinrichtung führt. Um diese zu verhindern, kann zwischen die Heizeinrichtung und das Massepotential ein Potentialabgleich-Widerstand (vorzugsweise 600 Ω, 0,25 W) geschaltet sein. Die Erfassung des zwischen der Heizeinrichtung und dem Metallbehälter fließenden Stroms kann in einfacher Weise durch ein in Reihe mit dem Potentialabgleichwiderstand geschaltetes Mittel zur Strommessung erfolgen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier besonders geeigneter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers, bei dem der Schutzstrom zwischen einer Schutzanode und dem Metallbehälter fließt; und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers, bei dem der Schutzstrom zwischen der Heizeinrichtung und dem Metallbehälter fließt.
Fig. 1 zeigt einen schematisch im Schnitt dargestellten Warmwasserspeicher, bestehend aus einem Metallbehälter 1, dessen Unterseite durch eine metallische Flanschplatte 2 verschlossen ist. Der Metallbehälter 1 und die Flanschplatte 2 sind geerdet. Im Behälterinneren ist eine aus einer Magnesiumlegierung hergestellte Schutzanode 4 angeordnet, die auf einem Isolierkörper 3 montiert ist, so dass die Schutzanode 4 gegenüber dem Metallbehälter 1 elektrisch isoliert ist.
Wenn der Schalter 5 geschlossen ist, ist die Schutzanode 4 direkt mit der Flanschplatte 2 und dem geerdeten Metallbehälter 1 verbunden. Zur Messung des Schutzstroms und dementsprechend zur Ermittlung, ob der Metallbehälter 1 mit Flüssigkeit gefüllt ist, ist der Schalter 5 wie in Fig. 1 gezeigt geöffnet. Bei geöffnetem Schalter 5 kann der Schutzstrom über das als Amperemeter ausgebildete Strommessgerät 13 gemessen werden. Dieses Messergebnis wird einer Auswerteschaltung 9 zugeführt, die den Strommesswert auswertet, wobei das Ergebnis "kein Strom" oder "Strom" lauten kann. Als Unterscheidungskriterium dient ein vorgegebener Grenzwert für den Schutzstrom, bei dessen Unterschreitung das Ergebnis "kein Strom" ausgegeben wird. Durch die Festlegung eines Grenzwertes lassen sich unterschiedliche Messergebnisse richtig interpretieren, die beispielsweise durch unterschiedliche Wassertemperaturen, Inhaltsstoffe des Wassers oder durch allmählichen Verschleiß oder Oberflächenveränderungen der Schutzanode 4 oder des Metallbehälters 1 verursacht werden.
Die Auswerteschaltung 9 ist mit einem Signalmittel 10 verbunden, das eine optische oder akustische Information an den Benutzer gibt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung 9 das Signal elektrisch an ein entferntes Gerät überträgt.
Innerhalb des Metallbehälters 1 des Warmwasserspeichers ist ferner eine als Heizstab 6 ausgebildete Heizeinrichtung angeordnet, die über einen Isolierkörper 7 auf der Flanschplatte 2 befestigt ist. Die Anschlüsse des Heizstabs 6 sind durch den Isolierkörper 7 nach außen geführt und mit einer Stromversorgung, beispielsweise einem Hausstromnetz, verbunden. Der Metallmantel des Heizstabs 6 ist über einen Potentialabgleichwiderstand 12 leitend mit der Flanschplatte 2 verbunden.
Wenn die Auswertung des Messsignals des Strommessgeräts 13 ergibt, dass kein Strom zwischen der Schutzanode 4 und dem Metallbehälter 1 bzw. der Flanschplatte 2 fließt, wird von der Auswerteschaltung 9 ein Steuersignal an den Schalter 11 gegeben, der daraufhin den Heizstab 6 von der Stromquelle trennt.
In Fig. 1 ist ein Wasserpegel eingezeichnet, der mit der Unterkante der Schutzanode 4 übereinstimmt. Sinkt der Wasserstand unter dieses Niveau, so hat die Schutzanode 4 keinen Kontakt mehr zum Wasser, so dass kein Schutzstrom mehr fließen kann. Der eingezeichnete Wasserpegel stellt den untersten zulässigen Pegel dar. Bei einem weiteren Absinken der Flüssigkeit wird ein Signal ausgelöst.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Warmwasserspeicher des zweiten Ausführungsbeispiels werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der in Fig. 2 dargestellte Warmwasserspeicher weist einen ähnlichen Aufbau wie der in Fig. 1 gezeigte auf. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Strommessgerät 13 in Reihe mit dem Potentialabgleichwiderstand 12 geschaltet, der einerseits mit der metallischen Flanschplatte 2 des Metallbehälters 1 und andererseits mit dem Metallmantel des Heizstabs 6 verbunden ist.
Der Wasserpegel befindet sich unterhalb des Pegels des in Fig. 1 gezeigten Warmwasserspeichers. Die Schutzanode 4 des Warmwasserspeichers von Fig. 2 hat keinen Kontakt zu der Flüssigkeit, so dass kein Schutzstrom zwischen der Schutzanode 4 und dem Metallbehälter 1 bzw. der Flanschplatte 2 entstehen kann. Allerdings ist der gegenüber der Flanschplatte 2 isoliert eingebaute Heizstab 6 zumindest in seinem unteren Bereich in Kontakt mit dem Wasser, so dass ein Schutzstrom zwischen dem Heizstab 6 und der Flanschplatte 2 fließt. Dieser Strom fließt ebenso in dem durch den Potentialabgleichwiderstand 12 und dem Strommessgerät 13 gebildeten Strompfad, so dass der Schutzstrom gemessen und durch die Auswerteschaltung 9 ausgewertet werden kann. Sinkt der Wasserpegel unter das dargestellte Niveau, nimmt dieser Schutzstrom schlagartig ab. In Abhängigkeit des Ergebnisses kann ein Signal über das Signalmittel 10 ausgegeben werden, im Falle einer Gefahr für den Warmwasserspeicher kann die Stromzufuhr zu dem Heizstab 6 über den Schalter 11 abgeschaltet werden. Die Strommessung, Auswertung, Signalisierung und das Schalten der Leistung erfolgen analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der in Fig. 2 dargestellte Wasserpegel stellt den untersten Pegel dar, bei dem ein Schutzstrom fließen kann. Allerdings werden die meisten Störungen durch Leckagen verursacht, bei denen der Metallbehälter 1 praktisch vollständig leer läuft, (ähnlich dem Betrieb ohne Wasser) so dass bei einem weiteren Absinken des Wasserspiegels auf jeden Fall ein Signal ausgegeben und/oder der Heizstab 6 abgeschaltet wird. Die Größe des zu erwartenden Schutzstroms bei dem in Fig. 2 dargestellten Warmwasserspeicher wird zumeist geringer sein, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel. Dementsprechend muss jeweils ein geeigneter Grenzwert für den Schutzstrom vorgegeben werden, um das Fehlen des Wassers sicher zu erkennen.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Anordnung der Schutzanode 4 und des Heizstabs 6 ist beispielhaft zu verstehen, beide Bauteile können auch an einer höheren Position angeordnet oder im oberen halbrunden Bereich des Behälters befestigt sein. Der Wasserpegel, bei dessen Unterschreitung kein Strom mehr fließt, ändert sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Einbauposition.

Claims

1. Warmwasserspeicher mit einem Metallbehälter mit einer elektrischen Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Erfassung eines zwischen dem Behälter (1) und einem im Behälterinneren angeordneten Gegenstand fließenden Stroms vorgesehen ist, welches Mittel das Einschalten der Heizeinrichtung bei fehlendem oder zu geringem Strom verhindert und/oder die Heizeinrichtung abschaltet und/oder ein Signal ausgibt.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Messung des Stroms ausgebildet ist.

3. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel das Einschalten der Heizeinrichtung bei Unterschreitung eines Stromgrenzwerts verhindert und/oder die Heizeinrichtung abschaltet.

4. Warmwasserspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mittel ein optisches und/oder akustisches Signal (10) ausgebbar ist.

5. Warmwasserspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlendem Strom, gegebenenfalls bei Unterschreitung des Stromgrenzwerts ein elektrisches oder elektronisches Signal (10) an ein externes Gerät übertragbar ist.

6. Warmwasserspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Behälterinneren angeordnete Gegenstand gegenüber dem Behälter elektrisch isoliert eingebaut ist.

7. Warmwasserspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Behälterinneren angeordnete Gegenstand eine Schutzanode (4) ist.

8. Warmwasserspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzanode (4) aus einer Magnesiumlegierung besteht.

9. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der im Behälterinneren angeordnete Gegenstand die Heizeinrichtung ist.

10. Warmwasserspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als vorzugsweise spiralförmiger Heizstab (6) ausgebildet ist.

11. Warmwasserspeicher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom über einen zwischen der Heizeinrichtung und dem Behälter geschalteten Potentialabgleichwiderstand (12) fließt.

12. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der im Behälterinneren angeordnete Gegenstand eine Fremdstromanode ist.