WATER HEATER

Abstract: 1. Water heaters, in particular storage water heaters, instantaneous water heaters, water boilers, having an electric heating element which is connected to AC current and has a jacket pipe of an anodically passivatable material coated with a precious metal of the platinum series, said electric heating element being fitted in an electrically insulated manner in the wall of the tank, and said electric heating element being connected anodically and said tank wall cathodically to a DC source, characterized in that surfaces coated with precious metal and surfaces not coated with precious metal are distributed evenly over said jacket pipe (2) of said electric heating element in accordance with a geometric pattern (10, 11, 12).

Description: Wassererhitzer Die Erfindung bezieht sich zum einen auf einen Wassererhitzer wie z.B. Warmwasserspeicher, Durchlauferhitzer, Kochendwassergerät mit einem Elektroheizeinsatz und zum anderen auf Elektroheizkörper in Wassererhitzern wie Warmwasserspeichern mit Innen-Korrosionsschutz-Beschichtung. Wassererhitzer, wie z. B. Warmwasserspeicher, Durchlauferhitzer, Haushaltsgeräte, chemisch-technische Apparate u. a., die mit Elektroheizeinsätzen beheizt werden, sind je nach Wasserhärte durch Kalkablagerungen auf den Heizstäben infolge Überhitzung gefährdet. Es sind Vorschläge bekannt, durch Ausnutzung des elektrolytischen Dissoziationseffektes die Ablagerung der Härtebildner am EleSroheizstab zu verhindern: Durch Anlegung einer Gleichspannung zwischen Heizstab und Behälterwandung -wobei das Hüllrohr des Heizstabes als Anode und die Behälterwandung als Kathode geschaltet ist- werden die Ionen der Härtebildner bevorzugt an der Behälterwand abgelagert. Zur Verhinderung von Abtragsverlusten muss das Hüllrohr des Elektroheizeinsatzes dabei aus einem anodisch passivierbarem Material bestehen, wie z. B. Titan, Tantal oder Niob. Das Hüllrohr muss auf der Aussenfläche zusätzlich zur Gewährleistung eines ausreichenden Stromüberganges mit einer dünnen Edelmetallschicht aus der Platinreihe überzogen sein (DE-OS 31 05 922). Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wassererhitzer wie z.B. Warmwasserspeicher, Durchlauferhitzer, Kochendwassergerät mit einem Elektroheizeinsatz umfassend ein Hüllrohr aus einem anodisch passivierbarem Material mit einer Beschichtung mit einem Edelmetall aus der Platinreihe so weiterzubilden, dass ein material- und damit kostengünstiger Schutz des Elektroheizeinsatzes gegen Kalkablagerungen erfolgt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Edelmetallschicht zur Ausbildung von beschichtungsfreien Stellen in beliebigen geometrischen Mustern auf dem Hüllrohr des Heizstabes aufgetragen ist. Vorzugsweise bilden die Edelmetallschichtflächen ein regelmässig wiederkehrendes geometrisches Muster. Erfindungsgemäss werden demzufolge bereichsweise Edelmetallschichten, also z. B. platinierte und nicht platinierte Flächen gleichmässig über die gesamte Oberfläche des Heizstabes verteilt. Dadurch kann sich der nachstehend beschriebene elektro-chemische Effekt für den Kalkschutz der nicht mit dem Edelmetall beschichteten Flächen ausgenutzt werden. An der Anode d. h. am Elektroheizstab entsteht aus den hier abgeschiedenen Hydrogenkarbonat-lonen Kohlensäure. Letztere löst eine an den platinfreien Stellen sich bildende Calzium- bzw. Magnesiumkarbonat-Schicht sofort wieder auf. Insbesondere bei einem Flächenverhältnis von Titanfläche zu Platinfläche von 1:1 bis 2:1 ist dieser Effekt voll wirksam, wobei der Abstand der platinierten Flächen ca. 1-2 cm betragen kann. Bei dieser Gestaltung der HeizstabOberfläche wird durch Einsparung von z. B. Platinmetall oder einem anderen Edelmetall eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich kostengünstigere Herstellung der kalkgeschützten Elektroheizeinsätze erreicht. Die edelmetallschichtfreien Bereiche können durch Aufwickeln von Abdeckbändern spiralförmig oder ringförmig beim Aufbringen der Platinschicht erhalten werden, ebenso durch Kunstharzauftrag oder Abdeckma sken Es kann sich ferner als zweckmässig erweisen, eine zusätzliche kathodische Fläche mantelförmig um den Heizstab herum anzuordnen. Als Blechmantel z. B. kann die Fläche geschlossen oder segmentförmig ausgeführt sein. Sie kann aber auch aus einem Metalldrahtnetz, aus Metallstäben, oder aus einem gelochten Streckmetallgitter bestehen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Elektroheizeinsatz mit kathodischem Korrosionsschutz, der elektrisch isoliert in einem Wasserspeicher mit lnnenkorrosionsschutzbeschichtung eingebaut ist. Warmwasserspeicher, beispielsweise mit emaillierter Innenwandung werden zur Verhütung von Korrosion kathodisch durch Opferanoden oder Fremdstromanoden geschützt. Werden solche Speicher zusätzlich mit Elektroheizkörpern elektrisch beheizt, so entstehen folgende Schwierigkeiten: Durch Einbeziehung des Heizkörpers mit seiner blanken Metalloberfläche in die kathodisch geschützte Behälterwandung stellt sich bei Magnesium-Opferanoden ein zu hoher Magnesiumverbrauch ein bzw. es wird -ebenso bei Fremdstromanoden (Inert-Anoden)- an bestimmten Wandungsstellen des Speichers durch Schattenwirkung oder Schutzstromabsaugung durch den Elektroheizkörper kein ausreichendes negatives Schutzpotential erreicht. Abhilfe wurde zwar dadurch gefunden, dass die Elektroheizkörper elektrisch isoliert in die Behälterwandung eingebaut wurden, gleichzeitig trat aber damit ein zusätzliches Problem auf: Es stellte sich heraus, dass durch Lochfrass-Korrosion am Hüllrohr des Elektroheizkörpers dieser oft nach kurzer Betriebszeit zerstört wurde: Durch anodische Aufladung des isolierten Hüllrohres (Rohrmantel) findet im Bereich des Stromaustrittes in das Wasser anodisch eine Metallkorrosion statt. Dies erfolgt verstärkt als Lochfrass am metallischen Einschraubkopf bzw. durch in der Nähe befindliche Emaille-Fehlstellen. Es wurde versucht, durch folgende Massnahmen Korrosions-Störfälle dieser Art zu vermeiden: Einbau eines elektrischen Widerstandes zwischen Heizkörper-Hüllrohr und Behälterwandung. Durch diese Massnahme wird das Rohr des Elektroheizkörpers abgeschwächt an den kathodischen Schutzkreis angeschlossen. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass der Widerstand je nach örtlichen Wasserverhältnissen (Leitfähigkeit) auf bestimmte Widerstandswerte eingestellt werden muss, wobei der ursprünglich erw'u'nschte Isolationseffekt teilweise wieder aufgehoben wird. Als weitere Massnahme zur Korrosionsverhinderung wurde der metallische Einschraubkopf des Elektroheizkörpers mit isolierendem Kunststoff beschichtet. Auch dies ist problematisch, da bekanntlich auch hochwertige Kunststoffe unter Warmwasserbedingungen keine Dauerbeständigkeit aufweisen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektroheizeinsatz mit kathodischem Korrosionsschutz, der elektrisch isoliert in einem Wasserspeicher mit Innen-Korrosionsschutz-Beschichtung eingebaut ist, so auszubilden, dass Korrosionen im Warmwasserspeicher weitgehend vermieden werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Hüllrohr des Elektroheizeinsatzes aus einem anodisch pas sivierbarem Metall hergestellt ist und zur Passivierung elektrisch anodisch beaufschlagbar ist. Insbesondere ist das anodisch passivierbare Metall vorzugsweise Titan, Niob oder Tantal. Durch die Erfindung wird an Stelle von dem bisher verwendeten anodisch angreifbaren Hüllrohrmaterial, wie zum Beispiel Kupfer- oder Nickellegierungen, ein anodisch passivierbares Metall verwendet, so dass die zuvor angeführten Korrosionsprobleme nicht auftreten. Als hierfür geeignetes Material hat sich Titan, Niob oder Tantal erwiesen. Ein Rohrmantel aus Titan z. B. passiviert sich zuverlässig unter anodischen Bedingungen bei Einhaltung eines maximalen Potentiales von ca. 12 Volt Durchbruchspotential. Dieser Wert wird bei den kathodisch geschützten Wa rmwas serspeichern niemals überschritten Um die anodische Passivierung bei allen Bauarten der Warmwasserbehälter mit Sicherheit zu gewährleisten, wird zusätzlich vorgeschlagen, den isolierten Rohrmantel elektrisch anodisch zu beaufschlagen. Dies kann bei Inert-Anoden- Systemen zum Beispiel in einfacher Weise durch einen parallelen elektrischen Anschluss an den Pluspol des dort vorhandenen Potentiostaten erfolgen. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, die Stromquelle im Anschlusskopf des Elektroheizkörpers anzuordnen. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der beigefügten Zeichnung zu entnehmen, in der bevorzugte Ausführungsbei spiele dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Wassererhitzer im Längsschnitt, Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Wassererhitzers nach Fig. 1 entlang der Linie 11-11, Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung eines Elektroheizeinsatzes und Fig. 4 einen Warmwasserspeicher mit kathodischem Korrosionsschutz im Längsschnitt. Innerhalb eines Wassererhitzers 1 ist ein Elektroheizeinsatz 2 angeordnet, der in der Behälterwandung bzw. in einem Deckel oder in einem Verschraubungskopf elektrisch isoliert gelagert ist (Bezugszeichen 3). Die elektrische Energie zur Beheizung, vorzugsweise Wechselstrom, wird den Anschlüssen 4 zugeführt. Eine Kalkablagerung an dem Elektroheizeinsatz 2 wird nun wie folgt in bekannter Weise durch eine Gleichstromspannung verhindert. So ist eine Gleichstromquelle 5 am Ort 6 mit dem Pluspol an das Hüllrohr des Elektroheizeinsatzes 2 und am Ort 7 mit dem Minuspol an die Behälterwand angeschlossen. Durch diese anodische Schaltung des Heizstabes 2 wird die Ablagerung der lonen der Härtebildner am Heizstab 2 und damit die Kalkschichtbildung verhindert. In den Fig. 1 und 2 ist eine gegenüber der Behälterwand zusätzliche Kathodenfläche 8 dargestellt, an der gezielt Kalk abgelagert wird. Sie ist besonders bei Speichern mit 1 nnenemaillierung oder Kunststoffbeschichtung erforderlich. Die Kathodenfläche umhüllt je nach Behälterausführung den Elektroheizstab 2 ganz oder teilweise und ist über die Leitung 9 mit der Behälterwandung elektrisch leitend verbunden. An dieser zusätzlichen Kathodenfläche kann sich, unabhängig von der geometrischen Form und Oberflächenbeschichtung der Behälterwandung der Kalkbildner absetzen. Die Kathodenfläche 8 besteht aus einem bletallteil. Als Material hierfür kann z. B. normales oder verzinktes Eisen verwendet werden. Die Ausführungsform wurde vorstehend bereits beschrieben. Diese zusätzlichen Kathodenflächen können ferner aus Bi-Metall-Blechstücken bestehen. Bei Bi-Metallblechen sind 2 Metallbleche von verschiedenem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zusammengewalzt. Durch den Biegungseffekt unter Temperaturwechsel platzen anhaftende Kalk schichten leicht ab. Fig. 3 zeigt ein vergrössertes Teilstück des beispielsweise haarnadelförmigen Elektroheizeinsatzes 2. Die doppelschraffierten Flächen 10, 11 und 12 stellen aus Edelmetall bestehende z. B. platinierte Flächenstücke dar. So ist z. B. eine spiralförmige 10 oder eine ringförmige 11 Flächenanordnung möglich. Durch das Bezugszeichen 12 soll eine rasterförmige Ausführungsart angedeutet sein. Die zwischen den schraffierten Stellen liegenden Flächenteile des Heizstabes weisen keine Edelmetall schicht auf, bestehen also aus einen anodisch passivierbaren Material wie z. B. Titan. In einem der Fig. 4 zu entnehmenden Warmwasserspeicher 13 ist zum Korrosionsschutz beispielsweise eine Fremdstromanode 14 mit ihrem für den Schutzstromaustritt platinierten Teil 15 angeordnet. Die Anode ist am Ort 16 elektrisch isoliert durch die Behälterwandung geführt. Die Versorgung mit Schutzstrom erfolgt durch eine Gleichstromquelle 17, die mit dem Pluspol an die Fremdstromanode (Bezugszeichen 18) und mit dem Minuspol an die Behälterwandung (Bezugszeichen 19) angeschlossen ist. Ein zur Regelung des Korrosionsschutzes im allgemeinen erforderlicher Potentiostat einschliesslich einer Bezugselektrode ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Bei dem Warmwasserspeicher 13 kann die Aufheizung des Wassers über Heizschlangen oder Doppelmantel (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfolgen, wobei das Heizmedium beispielsweise aus Heizkesseln oder Wärmepumpen entnommen wird. Zusätzlich oder auch alternativ erfolgt die Aufheizung des Warmwassers durch einen Elektroheizkörper 20, dessen elektrisch isolierter Einbau in den Warmwasserspeicher 13 im Bereich des Bezugszeichens 21 erfolgt. Die elektrische Energie zur Aufheizung des Warmwassers wird als Wechseloder Drehstrom dem Heizkörper 20 den Anschlüssen 22 zugeführt. Zur anodischen Passivierung des beispielsweise äus Titan bestehenden Rohrmantels des Elektroheizkörpers 20 wird der Rohrmantel parallel zur Fremdstromanode 14 mit dem Pluspol der Gleichstromquelle 17 verbunden (Anschluss 23).

Claims: Patentansprüche 1. Wassererhitzer (1) wie z.B. Warmwasserspeicher, Durchlauferhitzer, Kochendwassergerät mit einem Elektroheizeinsatz umfassend ein Hüllrohr aus einem anodisch passivierbarem Material mit einer Beschichtung mit einem Edelmetall aus der Platinreihe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Edelmetallschicht zur Ausbildung von beschichtungsfreien Stellen in beliebigen geometrischen Mustern (10, 11, 12) auf dem Hüllrohr des Heizstabes (2) aufgetragen ist. 2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Edelmetallschichtflächen (10, 11, 12) ein regelmässig wiederkehrendes geemetrisches Muster bilden. 3. Wassererhitzer nach Anspruch 1 oder Anspruch- 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Flächenverhältnis von dem anodisch passivierbaren Material zu der Edelmètallschicht (10, 11, 12) vorzugsweise 1:1 bis 2:1 beträgt. 4. Wassererhitzer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die bereichsweise aufgetragenen Flächen (10, 11, 12) des Edelmetalls von Fläche zu Fläche einen Abstand von in etwa 1-2 cm aufweisen. 5. Wassererhitzer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Elektroheizeinsatz (2) zusätzlich mit einer Kathodenfläche (8) innerhalb des Wasserbehälters (1) ganz oder teilweise umhüllt ist. 6. Wassererhitzer nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kathodenfläche (8) aus einem Bi-Metall besteht. 7. Elektroheizkörper für Wassererhitzer wie Warmwasserspeicher mit kathodischem Korrosionsschutz, der elektrisch isoliert in einem Wasserspeicher (13) eingebaut ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Hüllrohr des Elektroheizkörpers (20) aus einem anodisch passivierbarem Metall hergestellt ist. 8. Elektroheizkörper nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das anodisch passivierbare Metall vorzugsweise Titan, Niob oder Tantal ist. 9. Elektroheizkörper nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Hüllrohr des elektrisch isoliert eingebauten Elektroheizkörpers (20) durch elektrischen Anschluss an den Pluspol einer Gleichstrom quelle (17) anodisch passivierbar ist.

Inventors: GROSS, ERWIN, DIPL.-ING.
Applicants: C + F  CZEPEK UND FENTROSS GMBH
Application year: 1985
Main classification: F24H1
IPC codes: F24H1, H05B3, C23F13