-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Erwärmen eines
Mediums gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Vorrichtungen
zum elektrischen Erwärmen eines
Mediums werden beispielsweise bei Heißwasserspeichern eingesetzt.
Diese Heizvorrichtungen werden mit Strom betrieben, wobei eine Beschädigung der
Heizvorrichtung auftreten kann, wenn kein Wasser in den Wasserspeicher
eingefüllt
ist und deshalb ein elektrisches Heizelement überhitzt wird. Deshalb ist
es notwendig, eine Sicherung vorzusehen, die ein Überhitzen
des Heizelementes verhindert.
-
Aus
DE 295 17 784 U1 ist
eine Heizungsanordnung mit einer wiedereinstellbaren Temperatursicherung
für einen
Heizwasserspeicher bekannt. Die Temperatursicherung besteht in diesem
Fall aus einem Bimetallschalter, der bei einer vorgegebenen Temperatur öffnet. Der
Schalter ist in Serie mit einem beheizbaren Rohrheizkörper geschaltet,
sodaß der Rohrheizkörper bei
geöffnetem
Schalter nicht mehr mit Strom versorgt wird. Zugleich ist ein Heizwiderstand
parallel zum Bimetallschalter vorgesehen, der bei geöffnetem
Schalter so stark erhitzt wird, daß der geöffnete Schalter über der
vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Schalter
nach dem Abkühlen
des Rohrheizkörpers
wieder schließt.
Erst nach einer Unterbrechung der Stromversorgung kühlt der
Heizwiderstand ab und der Bimetallschalter kühlt sich ebenfalls ab, sodaß der Bimetallschalter
wieder geschlossen ist.
-
Der
Bimetallschalter ist in der bekannten Ausführungsform außerhalb
des Warmwasserbehälters
angeordnet und über
einen Wärmeleitkörper thermisch
an den Rohrheizkörper
angekoppelt. Die Ankopplung findet im Randbereich des Behälters statt
und der Wärmeleitkörper ist über eine
vorgegebene Strecke durch den mit Medium gefüllten Behälter geführt. Die thermische Ankopplung
erfordert deshalb eine besondere Ausführungsform des Rohrheizkörpers im
Randbereich oder einen relativ langen Wärmeleitkörper.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum elektrischen
Erwärmen
eines Mediums bereitzustellen, mit der eine größere Flexibilität in der
Ausbildungsform des Heizelementes möglich ist.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
Einbringung des elektrischen Schalters in ein geschlossenes Schutzrohr,
das an das elektrische Heizelement angeschlossen ist, bietet den
Vorteil, daß die
thermische Ankopplung zwischen dem Schalter und dem Heizelement
flexibel gestaltet werden kann, ohne die Funktionsfähigkeit
des Schalters zu beeinträchtigen.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
gekennzeichnet. Eine besonders effiziente und kompakte Ausführungsform
wird dadurch erreicht, daß das
erste Heizelement mindestens teilweise als Spirale ausgebildet ist
und das Schutzrohr innerhalb der Spirale des ersten Heizelementes
angeordnet ist. Auf diese Weise ist in einem kleinen Raum ein relativ
langes erstes Heizelement untergebracht und zudem das Schutzrohr
angeordnet.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das erste Heizelement ein gerades Teilstück auf, das an das Schutzrohr
thermisch angekoppelt ist. Auf diese Weise wird eine relativ lange
Linienberührung
zwischen dem Heizelement und dem Schutzrohr ermöglicht, sodaß eine besonders
gute thermische Ankopplung erreicht wird.
-
Eine
schnelle Übertragung
der Temperatur des ersten Heizelementes auf den Schalter wird dadurch
erreicht, daß der
Schalter im Bereich des geraden Teilstückes im Schutzrohr angeordnet
ist.
-
Eine
verbesserte thermische Ankopplung wird durch die Verwendung einer
thermischen Leitschicht zwischen dem Schutzrohr und dem ersten Heizelement
ermöglicht.
-
Eine
besonders kompakte und effiziente Bauform wird dadurch erreicht,
daß das
erste Heizelement in einem ersten Teilstück als Spirale ausgeführt ist,
das in ein zweites, U-förmiges Teilstück übergeht,
das innerhalb der Spirale in einem dritten geraden Teilstück in Richtung
auf den Anfang des ersten Teilstücks
zurückgeführt wird.
-
Eine
weitere Verbesserung der Vorrichtung wird dadurch erreicht, daß ein zweites
geschlossenes Schutzrohr vorgesehen ist, in dem ein Temperaturregler
angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Temperaturregler weit entfernt
vom Randbereich des Behälters
angeordnet werden und damit die Temperatur des Mediums präzise erfassen.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
besteht in einem topfförmigen
Flansch, von dessen Mittelfläche das
erste Heizelement und das erste Schutzrohr ausgehen. Die Topfform
bietet den Vorteil, daß Anschlüsse des
ersten elektrischen Heizelementes und des Schalters innerhalb der
Topfform angeordnet werden können
und die Außenfläche des
Behälters
plan abschließt.
Auf diese Weise wird eine kompakte Außenform des Behälters erhalten.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:
-
1 eine
elektrische Schaltungsanordnung zum Erwärmen eines Mediums und
-
2 eine
Vorrichtung zum Erwärmen
eines Mediums.
-
1 zeigt
eine Parallelschaltung eines als Temperaturbegrenzer ausgebildeten
elektrischen Schalters 1 und eines zweiten Heizelementes 2 in dessen
bedarfsweiser Beheizung. Die Parallelschaltung ist zwischen eine
elektrisch leitenden Phase L und ein erstes Heizelement 3 zur
Beheizung beispielsweise von Wasser geschaltet. Das erste Heizelement 3 ist
wiederum über
einen Temperaturregler 5 mit einer elektrischen neutralen
Phase N verbunden. Parallel zum ersten Heizelement 3 ist
eine Glimmlampe 4 angeordnet.
-
Der
elektrische Schalter 1 ist in der Weise ausgebildet, daß er bis
zu einer vorgegebenen Temperatur, einer sogenannten Ausschalttemperatur,
die Verbindung zwischen der Phase L und dem ersten Heizelement 3 geschlossen
hält. Wird
der Schalter 1 über
die Ausschalttemperatur erwärmt,
so wird der Schalter 1 geöffnet und die Phase L ist vom
ersten Heizelement 3 abgekoppelt. Der elektrische Schalter 1 ist
beispielsweise in Form eines Bimetallschalters ausgebildet.
-
Parallel
zum Schalter 1 ist ein zweites elektrisches Heizelement 2 angeordnet.
Das zweite elektrische Heizelement 2 ist in der Weise ausgebildet,
daß es
bei geschlossenem Schalter 1 keine Wärme erzeugt. Bei geöffnetem
Schalter 1 fließt
jedoch ausreichend Strom durch das zweite elektrische Heizelement 2,
sodaß das
zweite elektrische Heizelement 2 ausreichend Wärme erzeugt,
um den Schalter 1 über der
Ausschalttemperatur zu halten. Das zweite Heizelement 2 ist
beispielsweise als Heizwiderstand (PTC) ausgebildet.
-
Das
erste Heizelement 3 ist beispielsweise ein Heizstab, mit
dem ein Medium, wie z. B. Flüssigkeit
oder Gas, erwärmt
wird. Die Glimmlampe 4 leuchtet, wenn das erste Heizelement 3 mit
Spannung versorgt ist.
-
Der
Temperaturregler 5 weist ein Einstellmittel und einen Temperatursensor
auf. Mit dem Temperatursensor wird die Temperatur des Mediums erfaßt und mit
einem über
das Einstellmittel vorgebbaren Temperaturwert verglichen. Weist
das Medium eine Temperatur auf, die über dem vorgegebenen Temperaturwert
liegt, so öffnet
der Temperaturregler 5 die Verbindung zwischen dem ersten
Heizelement 3 und der neutralen Phase der Stromversorgung.
Auf diese Weise wird das erste Heizelement 3 abgeschaltet.
-
Der
Schalter 1 ist thermisch sowohl an das zweite Heizelement 2 als
auch an das erste Heizelement 3 angekoppelt. Wird nun bei
geschlossenem Temperaturregler 5 das erste Heizelement 3 zu
stark erhitzt, so wird der Schalter 1 über die Ausschalttemperatur
erwärmt.
Als Folge unterbricht der Schalter 1 die direkte Verbindung
zwischen der leitenden Phase L und dem ersten Heizelement 3.
Die leitende Phase L ist nun nur noch über das zweite Heizelement 2 mit dem
ersten Heizelement 3 verbunden. Das zweite Heizelement 2 weist
einen entsprechend großen
Widerstand auf, daß das
erste Heizelement 3 nur noch mit wenig Strom versorgt wird,
sodaß das
erste Heizelement 3 abkühlt.
Das zweite Heizelement 2 erzeugt bei geöffnetem Schalter 1 ausreichend
Wärme,
um den Schalter 1 über
der Ausschalttemperatur zu halten. Der Schalter 1 kann
erst nach einem Ausschalten der Stromversorgung abkühlen und
anschließend kann
die Vorrichtung wieder betrieben werden.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der ein Behälter 20 vorgesehen
ist, in den die erfindungsgemäße Vorrichtung
eingeschoben ist. Es ist ein Flansch 15 vorge sehen, der
topfförmig
ausgebildet ist und eine Mittenfläche 16 aufweist, die
in eine Randfläche 17 übergeht.
An der Randfläche 17 ist
ein umlaufender Auflagering 18 ausgebildet, der mit einer
entsprechend geformten Ringfläche
des Behälters 20 dicht
verbunden ist. Der Flansch ist über eine
Deckplatte 22 abgedeckt, die auf den Auflagering 18 aufgelegt
ist. Im Behälter 20 ist
ein Medium, insbesondere Gas oder Flüssigkeit, angeordnet. Vorzugsweise
stellt der Behälter 20 einen
Warmwasserspeicher dar.
-
Die
Mittenfläche 16 ist
im wesentlichen als kreisförmige,
leicht gewölbte
Fläche
ausgebildet. In der Mittenfläche 16 sind
vier Öffnungen
eingebracht, über
die ein erster und ein zweiter Anschluß des ersten Heizelementes 3 und
ein erstes und ein zweites Schutzrohr 11, 12 in
den Innenraum des Behälters 20 geführt sind.
Zur Abdichtung der Öffnungen
sind Dichtflansche 23 vorgesehen, die die Mittenfläche 16 gegenüber dem
ersten Heizelement 3 und dem ersten und dem zweiten Schutzrohr 11, 12 abdichten. Das
erste Heizelement 3 weist ein erstes Anschlußstück 6 außerhalb
des Behälters 20 auf,
das durch die Mittenfläche 16 in
den Behälter 20 geführt ist.
im Behälter 20 weist
das erste Heizelement 3 ein erstes Teilstück 8 auf,
das sich in Form einer Spirale in den Behälter 20 hinein erstreckt.
Das erste Teilstück 8 geht
in ein zweites Teilstück 9 über, das
U-förmig ausgebildet
ist. Die U-Form ist parallel zur Ausrichtung der Spirale ausgerichtet
und geht von einem Endbereich des ersten Teilstückes 8 aus und führt in den
Innenbereich der Spiralform des ersten Teilstückes 8. Im Innenbereich
geht das zweite Teilstück 9 in
ein drittes gerades Teilstück 10 über, das
innerhalb der Spirale zur Mittenfläche 16 zurückgeführt ist.
Das dritte Teilstück 10 ist
durch die Mittenfläche 16 geführt und
geht in ein zweites Anschlußstück 7 über.
-
Das
erste Schutzrohr 11 ist durch die Mittenfläche 16 in
den Behälter 20 geführt und
erstreckt sich bis in den Bereich des zweiten Teilstückes 9. Das
erste Schutzrohr 11 ist zylinderförmig ausgebildet und parallel
zu einem Schenkel der U-Form des zweiten Teilstückes 9 angeordnet
und mit einem Teilstück
an einem Schenkel des zweiten Teilstücks 9 angelegt. Auf
diese Weise ist ein relativ langer Abschnitt des ersten Schutzrohres 11 mit
dem ersten Heizelement 3 verbunden. Dadurch wird eine besonders
gute thermische Ankopplung zwischen dem ersten Schutzrohr 11 und
dem ersten Heizelement 3 erreicht. Vorzugsweise ist das
erste Schutzrohr 11 über eine
thermische Leitschicht 19 mit einem Schenkel des U-förmigen zweiten
Teilstückes 9 verbunden. Das
erste Schutzrohr 11 ist vorzugsweise bis zur Spitze der
U-Form des zweiten Teilstückes 9 in
den Behälter 20 geführt.
-
Der
Schalter 1 ist im Innenraum des ersten Schutzrohres 11 vorzugsweise
in dem Bereich angeordnet, der an das erste Heizelement 3 thermisch
angekoppelt ist. Das zweite Heizelement 2 ist ebenfalls im
Bereich des Schalters 1 angeordnet und thermisch an den
Schalter 1 angekoppelt. Die Parallelschaltung des Schalters 1 und
des zweiten Heizelementes 2 wird über elektrische Leitungen 13,
die aus dem ersten Schutzrohr 11 herausgeführt sind, über Strom
versorgt. Der Schalter 1 ist vorzugsweise ebenfalls über eine
Leitschicht an die Innenwand des ersten Schutzrohres 11 thermisch
angekoppelt.
-
Das
zweite Schutzrohr 12 ist vorzugsweise im Innenbereich der
Spirale des zweiten Teilstückes 9 angeordnet
und erstreckt sich bis knapp über
die Spitze des U-förmigen
zweiten Teilstückes 9.
Im zweiten Schutzrohr 12 ist mindestens ein Temperatursensor 14 des
Temperaturreglers 5 angeordnet und thermisch an die Innenwand
des zweiten Schutzrohres 12 angekoppelt. Der Temperatursensor 14 des
Temperaturreglers 5 weist Sensorleitungen 21 auf,
die zum Flansch 15 zurückgeführt sind,
in dem der Temperaturregler 5 angeordnet ist. Der Temperaturregler 5 kann
auch im zweiten Schutzrohr 12 angeordnet sein.
-
Die
elektrische Verschaltung der Vorrichtung ist in 2 nicht
explizit dargestellt, entspricht aber der elektrischen Schaltung
der 1.
-
Die
Ausführungsform
des ersten Heizelementes 3, wie sie in 2 dargestellt
ist, stellt eine bevorzugte Ausführungsform
dar. Anstelle der in 2 dargestellten Ausführungsform
des ersten Heizelementes 3 kann auch jede andere beliebige
Ausführungsform
gewählt
werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Schalter 1 und
das zweite Heizelement 2 entfernt vom Flansch 15 im
Behälter 20 angeordnet
und geschützt
gegenüber
dem Medium des Behälters 20 sind.
Auf diese Weise kann eine Ankopplung des Schalters 1 an
das erste Heizelement 3 entfernt vom Flansch 15 vorgesehen
sein, ohne die Funktionsfähigkeit
des Schalters 1 zu beeinträchtigen. Dies erlaubt eine
große Flexibilität in der
Anordnung des Schalters 1 und in der Ausbildungsform des
ersten Heizelementes 3. Das erste Schutzrohr 11 ist
vorzugsweise in Form eines hohlförmigen
Zylinderrohres abgebildet. Es kann jedoch auch jede andere Ausbildungsform gewählt werden,
mit der der Schalter 1 entfernt vom Flansch 15 im
Behälter 20 angeordnet
werden kann und der Schalter 1 gegenüber dem Medium des Behälters 20 geschützt ist.
-
In
einer einfachen Ausführungsform
kann das zweite Schutzrohr 12 entfallen und der Temperatursensor 14 mit
oder ohne Temperaturregler 5 ist vorzugsweise im ersten
Schutzrohr 11 eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind der Schalter 1 und das zweite Heizelement in Form
eines hülsenförmigen Bauteils
ausgebildet, wobei der Durchmesser der Hülsenform an den Durchmesser des
ersten Schutzrohres 11 angepaßt ist, sodaß das hülsenförmige Bauteil
in das erste Schutzrohr 11 eingeschoben und beispielsweise über einen
thermisch leitenden Kleber mit dem Schutzrohr 11 verklebt
werden kann.
-
- 1
- Schalter
- 2
- zweites
Heizelement
- 3
- erstes
Heizelement
- 4
- Glimmlampe
- 5
- Temperaturregler
- 6
- erstes
Anschlußstück
- 7
- zweites
Anschlußstück
- 8
- erstes
Teilstück
- 9
- zweites
Teilstück
- 10
- drittes
Teilstück
- 11
- erstes
Schutzrohr
- 12
- zweites
Schutzrohr
- 13
- Leitungen
- 14
- Temperatursensor
- 15
- Flansch
- 16
- Mittenfläche
- 17
- Randfläche
- 18
- Auflagering
- 19
- Leitschicht
- 20
- Behälter
- 21
- Sensorleitung
- 22
- Deckplatte
- 23
- Dichtflansch