[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] Es sind Vorschläge bekannt, durch Ausnutzung des elektrolytischen Dissoziationseffektes
die Ablagerung der Härtebildner am Elektroheizstab 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.
[0004] 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-Ionen
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: bis 2:1 ist dieser Effekt voll wirksam, wobei
der Abstand der platinierten Flächen ca. 1-2 cm betragen kann.
[0005] Bei dieser Gestaltung der Heizstab-Oberfläche 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.
[0006] Die edelmetallschichtfreien Bereiche können durch Aufwickeln von Abdeckbändern spiralförmig
oder ringförmig beim Aufbringen der Platinschicht erhalten werden, ebenso durch Kunstharzauftrag
oder Abdeckmasken.
[0007] 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.
[0008] Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Elektroheizeinsatz mit kathodischem Korrosionsschutz,
der elektrisch isoliert in einem Wasserspeicher mit Innenkorrosionsschutzbeschichtung
eingebaut ist.
[0009] 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.
[0010] 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 erwünschte Isolationseffekt teilweise
wieder aufgehoben wird.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hüllrohr des Elektroheizeinsatzes
aus einem anodisch passivierbarem Metall hergestellt ist und zur Passivierung elektrisch
anodisch beaufschlagbar ist. Insbesondere ist das anodisch passivierbare Metall vorzugsweise
Titan, Niob oder Tantal.
[0014] 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 Warmwasserspeichern 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.
[0015] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der beigefügten Zeichnung
zu entnehmen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
[0016] Es zeigen:
Fig. 1 einen Wassererhitzer im Längsschnitt,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Wassererhitzers nach Fig. 1 entlang der Linie II-II,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Elektroheizeinsatzes und
Fig. 4 einen Warmwasserspeicher mit kathodischem Korrosionsschutz im Längsschnitt.
[0017] 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.
[0018] 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 Ionen der Härtebildner am Heizstab 2 und damit die Kalkschichtbildung
verhindert.
[0019] 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 Innenemaillierung oder Kunststoffbeschichtung erforderlich.
[0020] 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.
[0021] Die Kathodenfläche 8 besteht aus einem Metallteil. 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
Kalkschichten leicht ab.
[0022] 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 Edelmetallschicht auf, bestehen also aus einen anodisch
passivierbaren Material wie z. B. Titan.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] Die elektrische Energie zur Aufheizung des Warmwassers wird als Wechsel-oder Drehstrom
dem Heizkörper 20 den Anschlüssen 22 zugeführt. Zur anodischen Passivierung des beispielsweise
aus Titan bestehenden Rohrmantels des Elektroheizkörpers 20 wird der Rohrmantel parallel
zur Fremdstromanode 14 mit dem Pluspol der Gleichstromquelle 17 verbunden (Anschluß
23).
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,
dadurch gekennzeichnet,
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, dadurch gekennzeichnet,
daß die Edelmetallschichtflächen (10, 11, 12) ein regelmäßig wiederkehrendes geometrisches
Muster bilden.
3. Wassererhitzer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Flächenverhältnis von dem anodisch passivierbaren Material zu der Edelmetallschicht
(10, 11, 12) vorzugsweise 1:1 bis 2:1 beträgt.
4. Wassererhitzer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
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, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektroheizeinsatz (2) zusätzlich mit einer Kathodenfläche (8) innerhalb des
Wasserbehälters (1) ganz oder teilweise umhüllt ist.
6. Wassererhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
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,
dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr des Elektroheizkörpers (20) aus einem anodisch
passivierbarem Metall hergestellt ist.
8. Elektroheizkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das anodisch passivierbare Metall vorzugsweise Titan, Niob oder Tantal ist.
9. Elektroheizkörper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hüllrohr des elektrisch isoliert eingebauten Elektroheizkörpers (20) durch
elektrischen Anschluß an den Pluspol einer Gleichstromquelle (17) anodisch passivierbar
ist.