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Elektrischer Durchlauferhitzer mit Sicherheitsvorrichtung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit unmittelbar vom Wasser umspülten
Heizwendeln. Es ist bei solchen Geräten bekannt, die im Wasser liegenden Heizwendeln im Bereich des
Ein- und Auslaufes zu einem elektrischen Nullpunkt, z. B. bei Drehstromanschluss zu einem Sternpunkt, zusammenzuschalten. Das hat den Vorteil, dass am Ein- und Auslauf bei normalen Betriebsverhältnissen kein elektrisches Potential vorhanden ist, so dass Personen, die beim Gebrauch des Gerätes mit dem Ein- und Auslauf in Berührung kommen, nicht durch elektrischen Strom gefährdet sind. Bei einer Änderung der Widerstandsverhältnisse der Heizwendel, z. B. bei einem Bruch einer Heizwendel, können jedoch gefährliche Spannungen am Ein- und Auslauf entstehen, da dann kein elektrischer Nullpunkt mehr vor- handen ist.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zwischen Ein- und Auslauf einerseits und dem zum
Sternpunkt zusammengeschalteten Heizwendelsystem elektrische Schutzwiderstände in Form von Wasser- säulenwiderständen vorzusehen, die einen Potentialabfall bewirken, wenn durch Bruch einer Heizwendel im Sternpunkt eine Spannung auftritt. Derartige Schutzwiderstände vergrössern jedoch den Strömungs- widerstand innerhalb des Durchlaufsystems und müssen nach der örtlich verschiedenen Leitfähigkeit des Wassers bemessen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine grössere Sicherheit zu gewährleisten, wenn durch Widerstandsänderungen, z. B. durch Bruch einer Heizwendel, der bei normalem Betrieb als elektrischer Nullpunkt wirkende Verbindungspunkt der Heizwendel spannungsführend wird. Das wird erfindunggemäss durch die Anwendung eines an sich bekannten, an den Nullpunkt angeschlossenen und auf den Ableitstrom ansprechenden Sicherheitsrelais zur Abschaltung der Heizwendel erreicht. Bei Anwendung eines solchen Sicherheitsrelais kann man nicht allein auf Schutzwiderstände verzichten, sondern man erreicht auch, dass die Heizleistung im Gefahrenfalle selbsttätig abgeschaltet und ein weiterer Betrieb beim Bruch einer Heizwendel unmöglich gemacht wird.
Es ist an sich bekannt, bei Heizeinrichtungen beim Ausfall einer Phase einen Relaisschalter zum Abschalten der Leistung vorzusehen. Bei einer bekannten Anordnung wird der Relaisschalter über Stromwandler und Gleichrichter gespeist, so dass sich eine komplizierte und teure Anordnung ergibt. Dabei handelt es sich dort nur um eine Sicherung gegen Überlastung der Heizleiter, während es bei der Erfindung darauf ankommt, bei Durchlauferhitzern das Auftreten einer gefährlichen Spannung am elektrischen Nullpunkt zu verhindern.
Bei Elektromotoren sind Ausschalter, die auf den Ableitstrom ansprechen, bekannt. Aber auch dort kommt es allein auf einen Überlastungsschutz an. Bei der erfindungsgemässen Anwendung eines solchen auf Ableitstrom ansprechenden Sicherheitsschalters handelt es sich dagegen nicht um einen Überlastungsschutz, sondern um eine Sicherheitsvorkehrung gegen das Auftreten gefährlicher Spannungen im Wasserein-und-auslauf mit der besonderen Wirkung, dass die bei solchen Durchlauferhitzern bisher vorhandenen vor-und nachgeschalteten Widerstandkanäle weggelassen werden können.
Zweckmässigerweise ist das Sicherheitsrelais zwischen elektrischem Nullpunkt und Erde eingeschaltet.
Das setzt voraus, dass eine einwandfreie Erdleitung vorhanden ist. Um das sicherzustellen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen einem spannungsführenden Teil und der Erde ein Erdsicherheitsrelais eingeschaltet und so mit dem Leistungsschalter verbunden ist, dass eine Einschaltung des Leistungsschalters nur bei erregtem Erdsicherungsrelais möglich ist. Das kann in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, dass das Erdsicherungsrelais als ein an die Erdleitung angeschlossener und durch einen Hilfskontakt anschaltbarer, die Leistung schaltender Schütz ausgebildet ist.
Die Leistung wird also mittelbar durch einen geerdeten Schütz eingeschaltet, der nur dann anspricht, wenn eine einwandfreie Erdung vorhanden ist. Bei elektrischen Durchlauferhitzern wird der Hilfskontakt zur Einschaltung des Schützes von einem als Wassermangelsicherung wirkenden Fliessdruckschalter betätigt, während bisher bei solchen Geräten der Fliessdruckschalter die Leistung unmittelbar einschaltete.
Man kann aber auch vorsehen, dass der Leistungsschalter in Ausschaltstellung verriegelt und die Verriegelung durch Erregung des Erdsicherungsrelais auslösbar ist. Es muss dann vor einer Betätigung des Leistungsschalters ein Hilfsschalter geschlossen werden, der das Erdsicherungsrelais einschaltet. Einen
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solchen Hilfsschalter kann man vermeiden, wenn der Leistungsschalter in der Ausschaltstellung einen
Totgang und einen voreilenden Kontakt zur Einschaltung des Erdsicherungsrelais aufweist.
Man kann das Sicherheitsrelais auch in eine Verbindungsleitung zweier elektrischer Nullpunkte einschalten. Das ist ohne weiteres möglich, wenn das Heizwendelsystem in Brückenschaltung geschaltet ist oder bei Drehstromanschluss aus zwei in Sternschaltung verwendeten Teilsystemen besteht. Man kann auch bei drei in getrennten Heizkanälen angeordneten, zu einem Sternpunkt zusammengeschalteten Heizwendeln künstlich einen zweiten Sternpunkt bilden. Das geschieht zweckmässigerweise dadurch, dass elektrische Leitelemente zum zweiten Sternpunkt zusammengeschaltet sind, die in den verlängerten Heizkanälen derart angeordnet sind, dass zwischen den Phasenanschlüssen (R, S, T) der Heizwendel und den Leitelementen Wassersäulenwiderstände entstehen.
Bei einer solchen Schaltung, bei der das Sicherheitsrelais in einer Verbindungsleitung zweier elektrischer Nullpunkte liegt, kann es nicht ansprechen, wenn in beiden Nullpunkten gleiche Fehlerspannungen auftreten, was z. B. beim Ausfall einer Phase der Fall ist. Um auch bei Phasenausfall eine Sicherheit zu erlangen, kann man bei Verwendung eines die drei Drehstromphasen schaltenden Schaltschützes als Leistungsschalter die Anordnung so treffen, dass der Stromkreis des an zwei Phasenleitungen (S, T) angeschlossenen
Schaltschützes über einen Arbeitskontakt eines Relais geschlossen wird, das über die dritte Phasenleitung (R) gespeist ist. Bei Ausfall einer Phase kann dann der Leistungsschalter nicht ansprechen.
Es ist bei elektrischen Durchlauferhitzern aus Sicherheitsgründen ferner erforderlich, eine selbsttätige Abschaltung der Heizleitung bei Überhitzung des Gerätes zu bewirken. Es ist zu diesem Zwecke bekannt, im Auslauf einen Thermostaten anzuordnen, der mechanisch einen Ausschalter betätigt. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird ein Überhitzungsschutz unter Ausnutzung des Sicherheitsrelais dadurch erreicht, dass im Auslauf ein an eine Phase angeschlossenes Kontaktthermometer angeordnet ist, dessen Kontakt mit einer Mittenanzapfung des Sicherheitsrelais verbunden ist. Dann spricht das Sicherheitsrelais nicht nur auf Ableitströme an, sondern kann auch bei einer bestimmten Temperaturüberschreitung vom Kontaktthermometer geschaltet werden.
Im folgenden sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen elektrischen Durchlauferhitzer mit Sicherheitsschalter in der Erdleitung und einer Erdleitungssicherung des Leistungsschalters.
Fig. 2 stellt ebenfalls schematisch ein gleiches Gerät mit einer anders ausgebildeten Erdleitungssicherung dar.
Fig. 3 zeigt schematisch einen elektrischen Durchlauferhitzer mit Sicherheitsschalter zwischen zwei elektrischen Nullpunkten und einer Phasenausfallsicherung.
In einem Isolierstoffkörper 1 ist ein vom Einlass 2 zum Auslass 3 führender Durchlaufkanal 4 vorgesehen, in dem drei unmittelbar vom Wasser umspülte Heizwendeln 5, 5'. 5"ion einzelnen Heizkanälen a, b, c untergebracht sind. Im Bereich des Einlasses 2 und des Auslasses 3 sind die Heizwendel 5, 5', 5" zu einem Sternpunkt 6 zusammengeschaltet.
Die freien Enden der Heizwendel 5, 5', 5" können über einen dreipoligen Leistungsschalter 13 an die Phasen RST eines Drehstromnetzes anschaltbar sein.
Der Leistungsschalter 13 ist als Schütz ausgebildet, dessen Spule 14 einerseits an die Erdleitung 7, anderseits über einen Hilfskontakt 15 an die T-Phase angeschlossen ist. Der Hilfskontakt 15 wird von einem Fliessdruckschalter 16 betätigt, der in bekannter Weise als Wassermangelsicherung wirkt.
Wird der Hilfskontakt 15 beim Durchfliessen des Wassers vom Fliessdruckschalter 16 geschlossen, so wird die Spule 14 nur dann erregt, wenn eine einwandfreie Erdleitung 7 vorhanden ist. Nur dann wird der Leistungsschalter 13 eingeschaltet und das Wasser durch die stromdurchflossenen Heizwendeln 5, 5', 5" erwärmt. Das Gerät kann also nur bei Vorhandensein der Erdung 7 in Betrieb genommen werden. Wenn der Erdanschluss 7 bei der Installation vergessen worden ist, lässt sich der Leistungsschalter 13 nicht einschalten. Die Anschaltung der Phasen R, S, T, erfolgt über einen unter dem Einfluss einer Feder 8 stehenden dreipoligen Sicherheitsschalter 9, der durch eine Klinke 10 in Einschaltstellung verriegelt ist. Die Klinke 10 ist durch ein Sicherheitsrelais 11 auslösbar, das zwischen den Sternpunkt 6 und der Erdleitung 7 eingeschaltet ist.
Im Auslauf 3 ist ein Kontaktthermometer 18 angeordnet, das zugleich mit der Heizwendel 5" an die R-Phase anschaltbar ist. Der auf eine bestimmte Höchsttemperatur einstellbare Kontakt 18'des Kontaktthermometers 18 ist mit einer Mittenanzapfung 19 des Sicherheitsrelais 11 verbunden.
Bei normalem Betrieb ist nach Einschalten des vom Fliessdruckschalter 16 gesteuerten Leistungsschalters 13, 14 der Sternpunkt 6 ein elektrischer Nullpunkt, so dass weder am Einlass 2 noch am Auslass 3 ein elektrisches Potential vorhanden ist. Bricht jedoch eine der Heizwendeln 5, J'", so entsteht am Sternpunkt 6 eine Spannung, die einen Ableitstrom zur Erde 7 zur Folge hat. Durch diesen Ableitstrom wird das Sicherheitsrelais H erregt und löst die Verriegelung 10 des Sicherheitsschalters 9, so dass die Heizleistung abgeschaltet und das Gerät sofort ausser Betrieb gesetzt wird, ehe sich die Spannung am Sternpunkt 6 gefährlich auswirken kann.
Das Sicherheitsrelais 11 wird auch dann ausgelöst, wenn im Auslass 3 eine Überschreitung der Höchsttemperatur stattfindet und infolgedessen der Kontakt 18'des Kontaktthermometers 18 geschlossen wird. Dann fliesst ein Strom von der R-Phase über das Kontaktthermometer 18, 181 und den oberen Teil des Sicherheitsrelais 11 zum Sternpunkt 6 und den unteren Teil des Sicherheitsrelais 11 zur Erde 7. Die beiden Teilströme erzeugen im Sicherheitsrelais 11 die gleiche Polarität
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wie der Ableitstrom, so dass das Sicherheitsrelais 11 auch beim Kontaktschluss bei 18'anspricht und den Sicherheitsschalter 9 auslöst. Ein Wiedereinschalten des Sicherheitsschalters 9 erfolgt nach Ausführung der Reparatur des Gerätes von Hand.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Leistungsschalter 20 dargestellt, der unmittelbar von dem als Wassermangelsicherung wirkenden Fliessdruckschalter 21 betätigt wird. Der Leistungsschalter 20 ist jedoch in der Ausschaltstellung durch die Nase 23 eines Relaisankers 24 verriegelt.
Das Erdsicherungsrelais 25, das den Anker 24 anzieht und die Verriegelung des Leistungsschalters 20 aufhebt, ist einerseits an die Erdleitung 7, anderseits an einen Hilfskontakt 22, des Leistungsschalters 20 angeschlossen. Die Verriegelung des Leistungsschalters 20 ist so angeordnet, dass dieser in der verriegelten Ausschaltstellung einen Totgang aufweist, bei dem zwar der voreilende Hilfskontakt 22 nicht jedoch die Leistungskontakte geschlossen werden können. Wenn der Fliessdruckschalter 21 anspricht, erfolgt zunächst eine Totgangbewegung bis zum Schluss des Hilfskontaktes 22. Spricht dann bei vorhandener Erdleitung das Erdsicherungsrelais 2J an, so wird Riegelnase 23 beseitigt und der Leistungsschalter 20 kann vom Fliessdruckschalter 21 voll eingeschaltet werden.
Spricht das Relais 25 infolge fehlender Erdleitung 7 jedoch nicht an, verhindert die Riegelnase 23 die Einschaltung der Leistung.
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dass zwischen den an die Phasen R, S, T angeschlossenen Heizwendelenden je ein Wassersäulenwiderstand a', b', c'vorhanden ist. Diese drei Wassersäulenwiderstände a', b', c'sind über die Leitelemente 26, 26', 26" zu dem Sternpunkt 6'zusammengeschaltet, der einen zweiten elektrischen Nullpunkt des Systems
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relais 11 zum Sternpunkt 6', der den Sicherheitsschalter 9 auslöst. Die Wirkung des Kontaktthermometers 18, 18'ist hier sinngemäss die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Die Spule 14 des dreipoligen Leistungsschalters 13 ist einerseits an die T-Phase, anderseits über einen Arbeitskontakt 27 eines Relais 28 an die S-Phase angeschlossen. Das Relais 28 liegt zwischen der S-Phase und der R-Phase des Drehstromnetzes. Sein Stromkreis wird durch einen vom Fliessdruckschalter 16 betätigten Hilfskontakt 15 geschlossen.
Der Leistungsschalter 13, 14 kann durch den Fliessdruckschalter 15, 16 nur dann eingeschaltet werden, wenn das Relais 28 den Arbeitskontakt 27 geschlossen hat, d. h. wenn die Phasen Rund S nicht ausgefallen sind. Der Leistungsschalter 13, 14 spricht aber auch nur dann an, wenn auch die Phase T nicht ausgefallen ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sowohl bei Ausfall einer Phase als auch beim Bruch einer Heizwendel eine elektrische Sicherheit gewährleistet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Durchlauferhitzer mit unmittelbar vom Wasser umspülten Heizwendeln, die im Bereich des Ein- und Auslaufes zu einem elektrischen Nullpunkt zusammengeschaltet und durch einen Leistungsschalter einschaltbar sind, gekennzeichnet durch die Anwendung eines an sich bekannten, an den Nullpunkt angeschlossenen und auf den Ableitstrom ansprechenden Sicherheitsrelais zur Abschaltung der Heizwendel.