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DE102018133341A1 - Heating unit for electrically conductive liquid heating medium, electrode for such a heating unit and corresponding heating device and heating circuit - Google Patents

Heating unit for electrically conductive liquid heating medium, electrode for such a heating unit and corresponding heating device and heating circuit Download PDF

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DE102018133341A1
DE102018133341A1 DE102018133341.2A DE102018133341A DE102018133341A1 DE 102018133341 A1 DE102018133341 A1 DE 102018133341A1 DE 102018133341 A DE102018133341 A DE 102018133341A DE 102018133341 A1 DE102018133341 A1 DE 102018133341A1
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DE
Germany
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electrode
heating
heating unit
housing
notch
Prior art date
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DE102018133341.2A
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German (de)
Inventor
Horst Baron
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Die Erste Resoheat GmbH
Original Assignee
Die Erste Resoheat GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) für eine Heizeinheit (1), insbesondere für einen elektrischen Durchlauferhitzer, zum Erwärmen eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums, eine Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) sowie eine Heizvorrichtung (3) und einen Heizkreislauf (100). Die Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) ist aus Stahl und weist einen zylinderstabförmigen Elektrodengrundkörper (34) mit zwei sich gegenüberliegenden Endbereichen (31, 32) und einem dazwischen angeordeneten Profilbereich (33) auf, wobei der Elektrodengrundkörper (34) im Profilbereich (33) ein Längsprofil mit mindestens einer Umfangseinkerbung (61, 62, 63), insbesondere mit mehreren Umfangseinkerbungen (61, 62, 63) aufweist. Die Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) umfasst ein elektrisch isolierendes und fluiddichtes Gehäuse (10), das eine sich entlang einer Längsachse (A) erstreckende Durchflusskammer (20) für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium mit mindestens einer Zuströmöffnung (14) und mindestens einer Abströmöffnung (15) begrenzt, eine erste Elektrode (30) mit einem zylinderstabförmigen Elektrodengrundkörper (34) und eine zweite Elektrode (40), die sich radial beabstandet zumindest abschnittsweise um die erste Elektrode (30) erstreckt, wobeiThe invention relates to an electrode (30, 30a, 30b, 30c) for a heating unit (1), in particular for an instantaneous water heater, for heating an electrically conductive liquid heating medium, a heating unit (1, 1a, 1b, 1c) and a heating device ( 3) and a heating circuit (100). The electrode (30, 30a, 30b, 30c) is made of steel and has a cylindrical rod-shaped electrode base body (34) with two opposite end regions (31, 32) and a profile region (33) arranged between them, the electrode base body (34) in the profile region (33) has a longitudinal profile with at least one circumferential notch (61, 62, 63), in particular with a plurality of circumferential notches (61, 62, 63). The heating unit (1, 1a, 1b, 1c) comprises an electrically insulating and fluid-tight housing (10) which has a flow chamber (20) extending along a longitudinal axis (A) for an electrically conductive liquid heating medium with at least one inflow opening (14) and delimited at least one outflow opening (15), a first electrode (30) with a cylindrical rod-shaped electrode base body (34) and a second electrode (40), which extends radially spaced at least in sections around the first electrode (30), wherein

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Heizeinheit zum Erwärmen eines flüssigen Heizmediums, eine entsprechende Heizeinheit, insbesondere einen elektrischen Durchlauferhitzer sowie eine Heizvorrichtung und einen Heizkreislauf.The invention relates to an electrode for a heating unit for heating a liquid heating medium, a corresponding heating unit, in particular an instantaneous water heater and a heating device and a heating circuit.

Aus dem Stand der Technik sind Durchlauferhitzer zur Erhitzung von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, bekannt, die einen Flüssigkeitsstrom mittels darin eintauchender Elektroden durch elektrischen Strom erhitzen. Dabei dient die zu erhitzende Flüssigkeit als Elektrolyt, wobei dessen elektrische Leitfähigkeit, bzw. umgekehrt dessen spezifischer Widerstand, die Heizleistung beeinflusst. In dem Elektrolyten vorliegende bewegliche Ladungsträger ermöglichen einen Stromfluss zwischen den Elektroden. Solche Durchlauferhitzer können im Niederspannungsbereich betrieben werden.Continuous-flow heaters for heating electrically conductive liquids, in particular water, are known from the prior art, which heat a liquid flow by means of electrodes immersed therein by electrical current. The liquid to be heated serves as an electrolyte, its electrical conductivity or, conversely, its specific resistance, influencing the heating power. Movable charge carriers present in the electrolyte enable current to flow between the electrodes. Such instantaneous water heaters can be operated in the low-voltage range.

Das Heizen mit elektrischem Strom, sowohl zur Warmwasseraufbereitung als auch zur Beheizung von Gewerbe- und/oder Wohnräumen, wird durch die zunehmende dezentrale Erzeugung von elektrischem Strom durch Photovoltaik, Windkraft oder dergleichen energetisch und wirtschaftlich attraktiver.Heating with electrical current, both for hot water preparation and for heating commercial and / or living spaces, is becoming more energetically and economically attractive due to the increasing decentralized generation of electrical current by photovoltaics, wind power or the like.

Aus der US 3,885,125 A ist ein Verfahren zur elektrischen Aufheizung eines flüssigen Heizmediums in einer ringförmigen Kammer bekannt.From the US 3,885,125 A a method for electrically heating a liquid heating medium in an annular chamber is known.

Aus der US 2605381 A ist ein Wasserboiler mit Elektroden bekannt, wobei drei leitende Elektroden um einen zentralen Neutralleiter herum angeordnet sind.From the US 2605381 A a water boiler with electrodes is known, three conductive electrodes being arranged around a central neutral conductor.

Die DE 2426196 A1 beschreibt Elektroden zur Wasserbeheizung, wobei jede Innenelektrode konzentrisch von einer Außenelektrode in Form eines an beiden Stirnseiten offenen Mantels umgeben ist. Eine Ähnliche Anordnung beschreibt die DE 2 300 561 A1 .The DE 2426196 A1 describes electrodes for water heating, each inner electrode being surrounded concentrically by an outer electrode in the form of a jacket which is open on both ends. A similar arrangement describes the DE 2 300 561 A1 .

Aus der WO 2009/013279 A2 ist ein elektrischer Durchlauferhitzer für leitfähige Flüssigkeiten mit drei leitenden Elektroden und einer neutralen Elektrode bekannt, die in einem hermetisch dichten Körper installiert und von dem Körper elektrisch isoliert sind.From the WO 2009/013279 A2 an electrical instantaneous water heater for conductive liquids is known with three conductive electrodes and a neutral electrode installed in a hermetically sealed body and electrically insulated from the body.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Durchlauferhitzer haben den Nachteil, dass die verwendeten Elektroden hinsichtlich einer möglichst effizienten Beheizung der flüssigen Heizmedien nicht optimal sind. Außerdem sind diese Durchlauferhitzer relativ komplex im Aufbau und damit teuer in der Herstellung.The instantaneous water heaters known from the prior art have the disadvantage that the electrodes used are not optimal with regard to heating the liquid heating media as efficiently as possible. In addition, these instantaneous water heaters are relatively complex in construction and therefore expensive to manufacture.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Elektrode für eine Heizeinheit für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium sowie eine Heizeinheit für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium bereitzustellen, die möglichst effizient hinsichtlich der Beheizung des Heizmedium sind. Außerdem soll die Heizeinheit möglichst einfach aufgebaut sein.Starting from this prior art, the present invention has the task of providing an electrode for a heating unit for an electrically conductive liquid heating medium and a heating unit for an electrically conductive liquid heating medium which are as efficient as possible with regard to the heating of the heating medium. In addition, the heating unit should be constructed as simply as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode nach Anspruch 1, eine Heizeinheit nach Anspruch 9, eine Heizvorrichtung nach Anspruch 23, einen Heizkreislauf nach Anspruch 24 sowie eine Verwendung einer solchen Elektrode, Heizeinheit oder Heizvorrichtung nach Anspruch 26.This object is achieved by an electrode according to claim 1, a heating unit according to claim 9, a heating device according to claim 23, a heating circuit according to claim 24 and a use of such an electrode, heating unit or heating device according to claim 26.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Elektrode für eine Heizvorrichtung, insbesondere für einen elektrischen Durchlauferhitzer, zum Erwärmen eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums, wobei die Elektrode aus Stahl, vorzugsweise aus einer Chrom und Vanadium umfassenden Stahllegierung, ist und einen zylinderstabförmigen, vorzugsweise runden, Elektrodengrundkörper mit zwei sich gegenüberliegenden Endbereichen und einem dazwischen angeordeneten Profilbereich aufweist, wobei der Elektrodengrundkörper im Profilbereich ein Längsprofil mit mindestens einer Umfangseinkerbung, insbesondere mit mehreren Umfangseinkerbungen aufweist.In particular, the object is achieved by an electrode for a heating device, in particular for an instantaneous water heater, for heating an electrically conductive liquid heating medium, the electrode being made of steel, preferably of a steel alloy comprising chromium and vanadium, and a cylindrical rod-shaped, preferably round, electrode base body with two opposite end regions and a profile region arranged between them, the electrode base body having a longitudinal profile in the profile region with at least one circumferential notch, in particular with a plurality of circumferential notches.

Eine Idee der Erfindung ist es, durch Ausbildung einer zylinderstabförmigen Elektrode mit einem bestimmten Längsprofil (d.h. dem Verlauf des Querschnitts in Längsrichtung der Elektrode), den Wirkungsgrad der elektrischen Beheizung eines an der Elektrode entlang strömenden flüssigen Mediums zu erhöhen. Erfindungsgemäß ist deshalb mindestens eine Umfangseinkerbung des Elektrodengrundkörpers vorgesehen.One idea of the invention is to increase the efficiency of the electrical heating of a liquid medium flowing along the electrode by forming a cylindrical rod-shaped electrode with a specific longitudinal profile (i.e. the profile of the cross section in the longitudinal direction of the electrode). According to the invention, therefore, at least one circumferential notch of the electrode base body is provided.

Unter einer Umfangseinkerbung kann eine Vertiefung in Umfangsrichtung, d.h insbesondere eine lokale Querschnittsreduktion in Längsrichtung, verstanden werden. Umgekehrt könnte der Bereich zwischen zwei Umfangseinkerbungen auch als ein Umfangsvorsprung (lokale Querschnittserhöhung in Längsrichtung) bezeichnet werden. Eine Einkerbung ist nicht beschränkend im Sinn eines spitz zulaufenden Einschnitts (dreieckig) zu verstehen, sondern umfasst insbesondere auch mehreckige (z.B. rechteckige) und runde bzw. abgerundete Formen eines Einkerbungsquerschnitts. Insbesondere erstreckt sich eine Umfangseinkerbung gegenüber einem (gedachten) äußeren Hüllkreisdurchmesser des Elektrodengrundkörpers zu einer Mittelachse der Elektrode hin. Vorzugsweise erstreckt sich die mindestens eine Umfangseinkerbung um den gesamten Umfang der zylinderstabförmigen Elektrode, kann aber auch nur abschnittsweise über den Umfang ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Elektrodenkörper bzw. die Elektrode rund, insbesondere kreisrund, wobei insbesondere der Umfangsdurchmesser über die Länge der Elektrode varriert.A circumferential notch can be understood to mean a depression in the circumferential direction, ie in particular a local cross-sectional reduction in the longitudinal direction. Conversely, the area between two circumferential notches could also be referred to as a circumferential projection (local increase in cross-section in the longitudinal direction). A notch is not to be understood as limiting in the sense of a tapered incision (triangular), but in particular also includes polygonal (for example rectangular) and round or rounded shapes of a notch cross section. In particular, a circumferential notch extends in relation to an (imaginary) outer enveloping circle diameter of the electrode base body toward a central axis of the electrode. The at least one circumferential notch preferably extends around the entire circumference of the cylindrical rod-shaped electrode, but can also extend only in sections over the Scope. The electrode body or the electrode is preferably round, in particular circular, the peripheral diameter in particular varying over the length of the electrode.

Der Elektrodengrundkörper bzw. die Elektrode ist vorzugsweise ein (einteiliger) Vollstab (kein Hohlstab), insbesondere aus einem einheitlichen Material ausgeführt, wobei die Elektrode mit einem anderen Material (z.B. mit einem Edelmetall wie Platin oder mit Titan) beschichtet oder oberflächenbehandelt sein kann. Eine bevorzugte Stahllegierung mit Chrom und Vanadium ist ein Stahl mit der Bezeichnung 115CrV3 (sog. Silberstahl).The electrode base body or the electrode is preferably a (one-piece) solid rod (not a hollow rod), in particular made of a uniform material, wherein the electrode can be coated or surface-treated with another material (e.g. with a noble metal such as platinum or titanium). A preferred steel alloy with chrome and vanadium is a steel with the designation 115CrV3 (so-called silver steel).

Das Heizmedium ist insbesondere eine elektrolythische wässrige Lösung, vorzugsweise eine Natronlauge, d.h. Natriumhydroxid (NaOH), oder Kalilauge, d.h. Kaliumhydroxid (KOH), gelöst in Wasser, insbesondere destilliertem Wasser, wobei die elektrische Leitfähigkeit durch die Konzentration einstellbar ist. Auch die Verwendung anderer elektrisch leitfähiger Heizmedien, beispielsweise Wasser mit zugefügten Salzen, Säuren oder anderen Basen ist möglich.The heating medium is in particular an electrolytic aqueous solution, preferably a sodium hydroxide solution, i.e. Sodium hydroxide (NaOH), or potassium hydroxide solution, i.e. Potassium hydroxide (KOH), dissolved in water, especially distilled water, the electrical conductivity being adjustable by the concentration. The use of other electrically conductive heating media, for example water with added salts, acids or other bases, is also possible.

Eine erfindungsgemäße Elektrode hat den Vorteil, dass durch ein Längsprofil mit einer oder mehreren Umfangseinkerbungen das von der Elektrode erzeugte elektrische Feld mit der die Elektrode umgebenden Strömung in für die Beheizung effizienter Weise zusammenwirkt. Dadurch kann der Wirkungsgrad einer Heizeinrichtung, in der die Elektrode eingesetzt wird, erhöht werden. Insbesondere bildet sich das elektrische Feld in der Umgebung der Elektrode entsprechend der Position, Form, Tiefe und Breite (Längsausdehnung) der Umfangseinkerbungen in Längsrichtung ungleichmäßig aus. Beispielsweise ist das elektrische Feld entsprechend dem geringeren Abstand zu einer die Elektrode umgebenden Mantelelektrode (zweite Elektrode) im Bereich der Umfangseinkerbungen schwächer als im Bereich zwischen zwei Umfangseinkerbungen (im Bereich eines Umfangsvorsprungs). Dabei ist insbesondere im radial inneren Bereich (innerhalb) der Umfangseinkerbung das elektrische Feld stärker (lokal dichterer Feldlinienverlauf) als im radial äußeren Bereich (außerhalb) der Umfangseinkerbung. Durch eine Umfangseinkerbung können außerdem Strömungsstrukturen, wie beispielsweise Wirbel (Rezirkulationen), erzeugt werden. Durch den Abstand der Umfangseinkerbungen zueinander und deren Einkerbungsgeometrien ist zum einen das elektrische Feld und zum anderen die Strömung in der Umgebung der Elektrode beeinflussbar.An electrode according to the invention has the advantage that the longitudinal field with one or more circumferential notches interacts the electrical field generated by the electrode with the flow surrounding the electrode in an efficient manner for heating. As a result, the efficiency of a heating device in which the electrode is used can be increased. In particular, the electric field in the vicinity of the electrode is formed unevenly in the longitudinal direction in accordance with the position, shape, depth and width (longitudinal extent) of the circumferential notches. For example, the electric field is weaker in the area of the circumferential notches than in the area between two circumferential notches (in the area of a circumferential projection) in accordance with the smaller distance to a jacket electrode (second electrode) surrounding the electrode. In this case, in particular in the radially inner region (inside) of the circumferential notch, the electric field is stronger (locally denser field line course) than in the radially outer region (outside) of the circumferential notch. A circumferential indentation can also be used to generate flow structures, such as vortices (recirculations). The distance between the circumferential notches and their notch geometries makes it possible to influence the electrical field on the one hand and the flow in the vicinity of the electrode on the other.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine erste Umfangseinkerbung einen ersten Einkerbungsabstand zu einer zweiten Umfangseinkerbung auf, wobei die zweite Umfangseinkerbung einen zweiten Einkerbungsabstand zu einer dritten Umfangseinkerbung aufweist, wobei der erste Einkerbungsabstand sich von dem zweiten Einkerbungsabstand unterscheidet. Insbesondere ist ein erster Einkerbungsabstand geringer als ein zweiter Einkerbungsabstand. Vorzugsweise ist der zweite Einkerbungsabstand mindestens oder in etwa doppelt so groß ist wie der erste Einkerbungsabstand. Insbesondere weist das Längsprofil zwischen der ersten und der zweiten Umfangseinkerbung sowie zwischen der zweiten und dritten Umfangseinkerbung jeweils einen Umfangsvorsprung (zwei Umfangsabsätze) auf. Durch unterschiedliche Abstände zwischen den Umfangseinkerbungen werden Umfangsvorsprünge (Längsbereiche größeren Durchmessers) unterschiedlicher Länge erzeugt.In an advantageous development of the invention, a first circumferential notch has a first notch distance from a second circumferential notch, the second circumferential notch having a second notch distance from a third circumferential notch, the first notch distance being different from the second notch distance. In particular, a first notch distance is less than a second notch distance. The second notch distance is preferably at least or approximately twice as large as the first notch distance. In particular, the longitudinal profile has a circumferential projection (two circumferential shoulders) between the first and the second circumferential notch and between the second and third circumferential notch. Different projections between the circumferential notches produce circumferential projections (longitudinal regions of larger diameter) of different lengths.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Umfangseinkerbungen unterschiedliche Einkerbungsgeometrien auf, die insbesondere ein rechteckiges oder U-förmiges Einkerbungsprofil aufweisen. Die Umfangseinkerbungen sind insbesondere durch Quer-Profileinstechdrehen hergestellt. Die Einkerbungsgeometrien kann hinsichtlich der Form, der Tiefe und/oder der Breite (in Längsrichtung der Elektrode) variieren Insbesondere ist eine erste Umfangseinkerbung schmäler ausgebildet ist als eine zweite Umfangseinkerbung.In an advantageous development of the invention, the circumferential notches have different notch geometries, which in particular have a rectangular or U-shaped notch profile. The circumferential notches are made in particular by transverse profile plunge cutting. The notch geometries can vary in shape, depth and / or width (in the longitudinal direction of the electrode). In particular, a first circumferential notch is narrower than a second circumferential notch.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Profilbereich mindestens drei, jeweils unterschiedlich breite und/oder jeweils unterschiedlich voneinander beabstandete Umfangseinkerbungen auf, wobei das Längsprofil insbesondere symmetrisch zu einer Mittelebene des Elektrodengrundkörpers ist. Insbesondere sind die Umfangseinkerbungen in Längsrichtung symmetrisch zur Mittelebene des Elektrodengrundkörpers angeordnet. Vorzugsweise weist der Profilbereich eine gerade Anzahl von Umfangseinkerbungen, beispielsweise sechs, acht oder zehn Umfangseinkerbungen, auf. Insbesondere vergrößert sich der Einkerbungsabstand zu den Endbereichen der Elektrode hin. Vorzugsweise ist der Einkerbungsabstand zwischen (in Längsrichtung) mittig (zentral) angeordneten Umfangseinkerbungen (in etwa) gleich.In an advantageous development of the invention, the profile area has at least three circumferential indentations, each of different widths and / or each differently spaced from one another, the longitudinal profile being in particular symmetrical to a central plane of the electrode base body. In particular, the circumferential notches are arranged in the longitudinal direction symmetrically to the central plane of the main electrode body. The profile area preferably has an even number of circumferential notches, for example six, eight or ten circumferential notches. In particular, the notch distance increases towards the end regions of the electrode. Preferably, the notch distance between (in the longitudinal direction) centrally (centrally) arranged circumferential notches is approximately the same.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Elektrodengrundkörper einen inneren Durchmesser Di und einen äußeren Durchmesser Da aufweist, wobei die Umfangseinkerbungen sich radial vom äußeren Durchmesser Da bis zum inneren Durchmesser Di erstrecken. Eine Profiltiefe des Längsprofils beträgt vorzugsweise zwischen einem Zwantigstel und einem Viertel, weiter vorzugsweise zwischen einem Zwölftel und einem Achtel, besonders bevorzugt ungefähr ein Zehntel des äußeren Durchmessers Da . Unter der Profiltiefe kann die halbe Differenz zwischen dem äußeren Durchmesser und dem inneren Durchmesser verstanden werden, bzw. die Differenz zwischen den entsprechenden Radien. Beispielsweise beträgt der äußere Durchmesser Da des Elektrodengrundkörpers 20 mm, während der innere Durchmesser Di 16 mm beträgt, woraus sich eine Profiltiefe von 2 mm ergibt.In an advantageous development of the invention, the electrode base body has an inner diameter D i and an outer diameter D a has, the circumferential notches radially from the outer diameter D a to the inner diameter D i extend. A profile depth of the longitudinal profile is preferably between a twentieth and a quarter, more preferably between a twelfth and an eighth, particularly preferably approximately one tenth of the outer diameter D a . The profile depth can be understood to mean half the difference between the outer diameter and the inner diameter, or the difference between the corresponding radii. For example, the outer diameter is D a of the electrode base body 20 mm, while the inner diameter D i Is 16 mm, which results in a profile depth of 2 mm.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt das Verhältnis der Länge des Profilbereichs zum äußeren Durchmesser zwischen 8 und 4, vorzugsweise zwischen 7 und 5, besonders bevorzugt ungefähr 6, wobei die Länge des Profilbereichs vorzugsweise zwischen 100 mm und 150 mm beträgt, besonders bevorzugt ungefähr 125 mm. Insbesondere hängt die Länge des Elektrodengrundkörpers von der erforderlichen Heizleistung ab.In an advantageous development of the invention, the ratio of the length of the profile area to the outer diameter is between 8 and 4, preferably between 7 and 5, particularly preferably approximately 6, the length of the profile area preferably being between 100 mm and 150 mm, particularly preferably approximately 125 mm. In particular, the length of the electrode base body depends on the heating power required.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet der erste Endbereich einen ersten Halterungszapfen und der zweite Endbereich einen zweiten Halterungszapfen ausbildet, wobei der erste Halterungszapfen länger ist als der zweite Halterungszapfen, vorzugsweise mehr als doppelt so lang. Der erste und/oder zweite Halterungszapfen kann dazu genutzt werden, die Elektrode elektrisch zu kontaktieren, beispielsweise durch Kontaktierung mit einem Leitungsdraht oder einem elektrisch leitenden Stift, insbesondere Gewindestift. Ein verlängert ausgebildeter Halterungszapfen bietet zum einen eine ausreichende Fläche für eine mechanische Halterung (Lagerung) und zum anderen eine ausreichende elektrische Kontaktierungsfläche.In an advantageous development of the invention, the first end area forms a first mounting pin and the second end area forms a second mounting pin, the first mounting pin being longer than the second mounting pin, preferably more than twice as long. The first and / or second mounting pin can be used to make electrical contact with the electrode, for example by contacting a lead wire or an electrically conductive pin, in particular a threaded pin. An elongated mounting pin provides sufficient space for mechanical mounting (storage) on the one hand and an adequate electrical contact area on the other.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der erste und/oder zweite Endbereich eine schräge Strömungsleitfläche, insbesondere eine Fase zwischen 30° bis 45°, vorzugsweise zwischen 35° und 40°, auf. Eine Strömungsleitfläche dient insbesondere dazu, eine axiale Anströmung der Elektrode (radial) abzulenken (umzulenken), um somit den Strömungswiderstand der Elektrode zu reduzieren.In an advantageous development of the invention, the first and / or second end region has an inclined flow guide surface, in particular a chamfer between 30 ° and 45 °, preferably between 35 ° and 40 °. A flow guide surface serves in particular to deflect (deflect) an axial flow against the electrode (radially) in order to reduce the flow resistance of the electrode.

Die Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch eine Heizeinheit, insbesondere einen elektrischen Durchlauferhitzer, zum Erwärmen eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums für einen Heizkreislauf, Folgendes umfassend:

  • - ein elektrisch isolierendes und fluiddichtes Gehäuse, vorzugsweise mit hohlzylindrischer Grundform, das eine sich entlang einer Längsachse erstreckende Durchflusskammer für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium mit mindestens einer Zuströmöffnung und mindestens einer Abströmöffnung begrenzt,
  • - eine, vorzugsweise genau eine, erste Elektrode mit einem zylinderstabförmigen Elektrodengrundkörper, insbesondere eine, vorzugsweise genau eine, erfindungsgemäße Elektrode, und
  • - eine zweite Elektrode, die sich radial beabstandet zumindest abschnittsweise um die erste Elektrode erstreckt, wobei die Elektroden im Gehäuse elektrisch voneinander isoliert aufgenommen sind und das Gehäuse elektrische Anschlüsse zur Verbindung der Elektroden mit je einem elektrischen Potential einer Spannungsquelle, insbesondere einer Dreiphasenwechselspannungsquelle, aufweist und wobei die Elektroden in Richtung der Längsachse verlaufend, sich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckend, angeordnet sind und die Zuströmöffnung und die Abströmöffnung sich in Richtung der Längsachse gegenüberliegend angeordnet sind.
The object is also achieved in particular by a heating unit, in particular an instantaneous water heater, for heating an electrically conductive liquid heating medium for a heating circuit, comprising the following:
  • an electrically insulating and fluid-tight housing, preferably with a hollow cylindrical basic shape, which delimits a flow chamber extending along a longitudinal axis for an electrically conductive liquid heating medium with at least one inflow opening and at least one outflow opening,
  • one, preferably exactly one, first electrode with a cylindrical rod-shaped electrode base body, in particular one, preferably exactly one, electrode according to the invention, and
  • a second electrode, which extends radially spaced at least in sections around the first electrode, the electrodes being accommodated in the housing in an electrically insulated manner from one another and the housing having electrical connections for connecting the electrodes to a respective electrical potential of a voltage source, in particular a three-phase AC voltage source, and wherein the electrodes are arranged running in the direction of the longitudinal axis, extending at least substantially parallel to one another, and the inflow opening and the outflow opening are arranged opposite one another in the direction of the longitudinal axis.

Die erste Elektrode ist vorzugsweise zentral, insbesondere mittig, in dem Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise ist in einem Gehäuse (nur) eine einzige erste Elektrode vorgesehen. Eine zweite Elektrode kann die erste Elektrode (vollständig) umgeben, wobei auch mehrere zweite Elektroden bzw. (gebogene) Elektrodenabschnitte um die erste Elektrode herum angeordnet sein können. Die zweite Elektrode ist insbesondere als eine Mantelelektrode ausgebildet, wobei sie vorzugsweise als ein (in Umfangsrichung) geschlossener (Rohrabschnitt) oder offener Hohlzylinder geformt ist, der insbesondere in Längsrichting beideitig offen ist. Ein elektrisches Potenzial wird insbesondere durch eine Spannungsquelle außerhalb der Heizvorrichtung bereitgestellt, vorzugsweise durch einen in Gebäuden üblicherweise verlegten Anschluss an eine Spannungsquelle im Niederspannungsbereich bis z.B. 1000 V Wechselspannung.The first electrode is preferably arranged centrally, in particular centrally, in the housing. A single first electrode is preferably provided in one housing. A second electrode can (completely) surround the first electrode, wherein a plurality of second electrodes or (curved) electrode sections can also be arranged around the first electrode. The second electrode is in particular designed as a jacket electrode, wherein it is preferably shaped as a (tubular section) closed (in the circumferential direction) or open hollow cylinder, which is open on both sides in particular in the longitudinal direction. An electrical potential is provided in particular by a voltage source outside of the heating device, preferably by a connection to a voltage source in the low voltage range up to, e.g. 1000 V AC.

Ein elektrisch isolierendes Gehäuse besteht insbesondere aus einem dielektrischen und durchschlagfestem Material. Unter einem dielektrischen Material kann ein elektrisch schwach oder nicht leitender Feststoff verstanden werden, insbesondere im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit eines verwendeten elektrisch leitfähigen Heizmediums. Vorzugsweise unterscheiden sich die elektrischen Leitfähigkeiten des Materials der Elektrodenhalterung und des Heizmediums um mehrere Größenordnungen. Die Durchflusskammer kann als ein mit dem zu beheizenden flüssigen Heizmedium befüllbarer Raum verstanden werden, der den Elektrodengrundkörper umgibt. Insofern ist die Durchflusskammer ein im Wesentlichen zylindrischer Raum. Eine erfindungsgemäße Heizeinheit hat den Vorteil, dass sich eine im Wesentlichen axiale Durchflussströmung (axiale Hauptströmung) zwischen der Zuströmöffnung und der Abströmöffnung durch die Durchflusskammer ausbildet, die an der zylinderstabförmigen ersten Elektrode entlang strömt.An electrically insulating housing consists in particular of a dielectric and dielectric material. A dielectric material can be understood to mean an electrically weak or non-conductive solid, in particular in comparison to the electrical conductivity of an electrically conductive heating medium used. The electrical conductivities of the material of the electrode holder and of the heating medium preferably differ by several orders of magnitude. The flow-through chamber can be understood as a space which can be filled with the liquid heating medium to be heated and which surrounds the basic electrode body. In this respect, the flow chamber is an essentially cylindrical space. A heating unit according to the invention has the advantage that an essentially axial flow flow (main axial flow) is formed between the inflow opening and the outflow opening through the flow chamber, which flows along the cylindrical rod-shaped first electrode.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Zuströmöffnung in einem ersten Gehäusedeckel und/oder die mindestens eine Abströmöffnung in einem zweiten Gehäusedeckel vorgesehen, wobei der bzw. die Gehäusedeckel insbesondere mit einem hohlzylindrischen Gehäusemittelteil verbunden ist bzw. sind. Die Gehäusedeckel können (zentrale Absätze) ausbilden, die formschlüssig in das Gehäusemittelteil eingesetzt sind. Zwischen den Gehäusedeckeln und dem Gehäusemittelteil sind vorzugsweise Dichtungen, z.B. Dichtungsringe, angeordnet, die insbesondere in dafür vorgesehene stirnseitig ausgebildete Nuten eingelegt sind. Ein mehrteilig, insbesondere dreiteilig, ausgeführtes Gehäuse ist einfach zu fertigen.In an advantageous development of the invention, the at least one inflow opening is provided in a first housing cover and / or the at least one outflow opening is provided in a second housing cover, the housing cover or housings in particular is or are connected to a hollow cylindrical housing middle part. The housing cover can form (central shoulders) which are inserted in a form-fitting manner in the middle part of the housing. Seals, for example sealing rings, are preferably arranged between the housing covers and the middle part of the housing and are inserted, in particular, into grooves provided for this purpose on the end face. A multi-part, in particular three-part, housing is easy to manufacture.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens eine Zuströmöffnung und/oder die mindestens eine Abströmöffnung jeweils als Paare von getrennten Zuströmöffnungen bzw. Abströmöffnungen vorgesehen. Durch die Ausführung der Zuström- bzw. Abströmöffnungen jeweils als zwei getrennte Öffnungen kann das Heizmedium kontrolliert axial in die Durchflusskammer eingeleitet bzw. aus der Durchflusskammer abgeleitet werden. Außerdem können zwischen den zwei Zuström- bzw. Abströmöffnungen jeweils insbesondere radiale Materialabschitte bzw. Matrialstege zu zentral in den Gehäusedeckeln angeordneten Halterungsausnehmungen für die erste Elektrode ausgebildet werden.In an advantageous development of the invention, the at least one inflow opening and / or the at least one outflow opening are each provided as pairs of separate inflow openings or outflow openings. By designing the inflow and outflow openings in each case as two separate openings, the heating medium can be introduced axially into the flow chamber in a controlled manner or can be discharged from the flow chamber. In addition, between the two inflow and outflow openings, in particular radial material sections or material webs can be formed for mounting recesses for the first electrode, which are arranged centrally in the housing covers.

In einer vorteilhaften Weiterbildung insbesondere dieses Aspekts der Erfindung sind die Zuströmöffnungen und die Abströmöffnungen paarweise, vorzugsweise um 90°, um die Längsachse zueinander verdreht angeordnet. Auch eine verdrehte Anordnung um ein anderes Winkelmaß, beispielsweise um einen Winkel zwischen 45° und 90°, z.B. um etwa 60°, ist möglich. Dadurch erhält die Strömung einen Drall, d.h. eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung. Dadurch kann eine gleichmäßige um Strömung der ersten Elektrode erreicht werden.In an advantageous further development, in particular of this aspect of the invention, the inflow openings and the outflow openings are arranged in pairs, preferably rotated by 90 ° to one another about the longitudinal axis. A twisted arrangement by a different angle, for example by an angle between 45 ° and 90 °, e.g. around 60 ° is possible. This gives the flow a twist, i.e. a circumferential speed component. A uniform flow around the first electrode can thereby be achieved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Zuströmöffnungen und/oder die Abströmöffnungen jeweils als axiale Durchgangskanäle im Gehäusedeckel ausgebildet, wobei die Durchgangskanäle vorzugsweise einen bogenförmigen Querschnitt haben. Dadurch wird das Heizmedium in axialer Richtung zu- bzw. abgeleitet. Durch einen bogenförmigen Querschnitt der Durchgangskanäle bzw. der Abström- und/oder Zuströmöffnung wird eine möglichst gleichmäßige Anströmung bzw. Ableitung der Strömung von der ersten Elektrode über den Umfang erreicht.In an advantageous development of the invention, the inflow openings and / or the outflow openings are each designed as axial through-channels in the housing cover, the through-channels preferably having an arcuate cross section. As a result, the heating medium is fed in or out in the axial direction. By means of an arcuate cross-section of the through-channels or the outflow and / or inflow opening, the most uniform possible inflow or outflow of the flow from the first electrode is achieved over the circumference.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Zuströmöffnungen und/oder die Abströmöffnungen bogenförmig ausgebildet und erstrecken sich jeweils über einen Winkelbereich zwischen 90° bis 150°, vorzugsweise zwischen 110° und 130°, besonders bevorzugt von ungefähr 120°. Dadurch wird zum einen eine möglichst große Fläche der Zuström- bzw. Abströmöffnungen und zum anderen eine hohe Stabilität der Gehäusedeckel erreicht.In an advantageous development of the invention, the inflow openings and / or the outflow openings are arcuate and each extend over an angular range between 90 ° to 150 °, preferably between 110 ° and 130 °, particularly preferably of approximately 120 °. As a result, on the one hand the largest possible area of the inflow and outflow openings and on the other hand a high stability of the housing cover is achieved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überlappen sich die Zuströmöffnungen und/oder die Abströmöffnungen in radialer Richtung mit dem Querschnitt der ersten Elektrode. Ein Mittelkreisdurchmesser der Zuströmöffnungen und/oder der Abströmöffnungen ist insbesondere größer ist als der äußere Durchmesser Da des Elektrodengrundkörpers. Ein Innenkreisdurchmesser der (bogenförmigen) Zuström- bzw. Abströmöffnungen ist insbesondere kleiner als der äußere Durchmesser Da des Elektrodengrundkörpers, woraus eine radiale Überlappung der Zuström- bzw. Abströmöffnungen mit dem Querschnitt der ersten Elektrode resultiert. Die aus der Zuströmöffnung austretende bzw. in die Abströmöffnung eintretende Strömung wird insbesondere über Strömungsleitflächen des Elektrodengrundkörpers abgelenkt. Durch diese Überlappung wird eine gute Durchströmung der Durchflusskammer erreicht, wobei die Strömung insbesondere in den Endbereichen der ersten Elektrode zumindest im Wesentlichen laminar ist.In an advantageous development of the invention, the inflow openings and / or the outflow openings overlap in the radial direction with the cross section of the first electrode. A center circle diameter of the inflow openings and / or the outflow openings is in particular larger than the outer diameter D a of the electrode body. An inner circle diameter of the (arc-shaped) inflow or outflow openings is in particular smaller than the outer diameter D a of the electrode base body, which results in a radial overlap of the inflow and outflow openings with the cross section of the first electrode. The flow emerging from the inflow opening or entering the outflow opening is deflected in particular via flow guide surfaces of the electrode base body. This overlap achieves a good flow through the flow chamber, the flow being at least essentially laminar, in particular in the end regions of the first electrode.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Elektrode als hohlzylindrische Mantelelektrode, ausgebildet, die sich insbesondere entlang einer Innenfläche des Gehäuses erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die Mantelelektrode (in etwa) über die Länge des Elektrodengrundkörpers.In an advantageous development of the invention, the second electrode is designed as a hollow cylindrical jacket electrode, which extends in particular along an inner surface of the housing. In particular, the jacket electrode extends (approximately) over the length of the electrode base body.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wesit die erste Elektrode beidseitig Halterungszapfen auf, die in den Gehäusedeckeln ausgebildeten Halterungsausnehmungen aufgenommen, insbesondere eingesteckt, sind. Die Halterungsausnehmungen sind vorzugsweise (mittig, d.h. entlang der Längsachse) als axiale Sacklöcher ausgeführt.In an advantageous development of the invention, the first electrode has mounting pins on both sides, which are received, in particular inserted, in the mounting recesses formed in the housing covers. The mounting recesses are preferably designed (in the middle, i.e. along the longitudinal axis) as axial blind holes.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der erste Gehäusedeckel eine radiale Durchgangsöffnung für eine elektrische Anschlussleitung, insbesondere für einen elektrisch leitenden Gewindestift, auf, die in die erste Halterungsausnehmung mündet. Eine elektrische Kontaktierung kann entweder lösbar, z.B. durch einen Press- oder Klemmkontakt, insbesondere durch einen Gewindestift, oder fest verbunden, insbesondere stoffschlüssig, z.B. durch einen Lötpunkt, umgesetzt sein. Der Gewindestift kann eine Kontaktierungsspitze aufweisen. Insbesondere wird der Gewindestift in die Durchgangsöffnung eingeschraubt, um einen elektrischen Anschluss für einen in der ersten Halterungsausnehmung aufgenommenen Halterungzapfen der ersten Elektrode herzustellen. Die Durchgangsöffnung kann als Bohrung ausgeführt sein. Allgemein kann unter einer elektrischen Anschlussleitung ein metallischer Leitungsabschnitt zur elektrischen Kontaktierung einer Elektrode von außerhalb des Gehäuses verstanden werden, beispielsweise in Form eines sich durch die Durchgangsöffnung hindurch erstreckenden Drahtabschnitts oder einer in der Durchgangsöffnung ausgebildeten Steckerbuchse.In an advantageous development of the invention, the first housing cover has a radial through opening for an electrical connecting line, in particular for an electrically conductive threaded pin, which opens into the first mounting recess. Electrical contacting can either be releasable, for example by means of a press or clamp contact, in particular by means of a threaded pin, or firmly connected, in particular in a material manner, for example by means of a soldering point. The set screw can have a contacting tip. In particular, the setscrew is screwed into the through-opening in order to produce an electrical connection for a mounting pin of the first electrode received in the first mounting recess. The through opening can be designed as a bore. In general, an electrical connecting line can be understood to mean a metallic line section for making electrical contact with an electrode from outside the housing, for example in the form of a through the through opening extending wire section or a socket formed in the through hole.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäusemittelteil eine radiale Durchgangsöffnung für eine elektrische Anschlussleitung, insbesondere für einen elektrisch leitenden Gewindestift, auf. Insbesondere wird der Gewindestift in die Durchgangsbohrung eingeschraubt, um einen elektrischen Anschluss für die zweite Elektrode (Mantelelektrode) herzustellen, indem diese insbesondere an einer Außenumfangsfläche elektrisch kontaktiert wird.In an advantageous development of the invention, the middle part of the housing has a radial through opening for an electrical connecting line, in particular for an electrically conductive threaded pin. In particular, the setscrew is screwed into the through hole in order to establish an electrical connection for the second electrode (jacket electrode) by making electrical contact with it in particular on an outer peripheral surface.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse, insbesondere das Gehäusemittelteil und die beiden Gehäusedeckel, aus einem Kunststoff oder einem Kunstharz, vorzugsweise aus Polyoxymethylen (POM), hergestellt. POM weist eine hohe Wärmeformbeständigkeit, eine geringe Wasseraufnahme und ein gutes elektrisches Isolierverhalten auf. Der Kunststoff kann glasfaserverstärkt sein.In an advantageous development of the invention, the housing, in particular the middle part of the housing and the two housing covers, is made of a plastic or a synthetic resin, preferably of polyoxymethylene (POM). POM has high heat resistance, low water absorption and good electrical insulation behavior. The plastic can be glass fiber reinforced.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Elektrode aus dem gleichen Material wie die erste Elektrode, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise aus einer Chrom und Vanadium umfassenden Stahllegierung. Ein solcher Stahl ist zum einen gut (spanend, insbesondere durch Quer-Profileinstechdrehen) bearbeitbar und zum anderen für den Einsatz als Elektrode in elektrisch leitfähigen Heizmedien geeignet.In an advantageous development of the invention, the second electrode is made from the same material as the first electrode, in particular from steel, preferably from a steel alloy comprising chromium and vanadium. On the one hand, such a steel can be machined well (cutting, in particular by inserting a transverse profile) and, on the other hand, it is suitable for use as an electrode in electrically conductive heating media.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden die Gehäusedeckel jeweils Flanschabschnitte mit axialen Durchgangslöchern aus, über die die Gehäusedeckel mittels Stehbolzen, insbesondere beidseitig gegen das Gehäusemittelteil, miteinander verspannt sind. Vorzugsweise sind vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Stehbolzen vorgesehen, die durch entsprechende Durchgangslöcher durchgeführt sind. Insbesondere weisen die Stehbolzen endseitige Gewindeabschnitte auf und sind beidseitig über Verschraubungen mit den Flanschabschnitten verspannt.In an advantageous development of the invention, the housing covers each form flange sections with axial through holes, via which the housing covers are clamped together by means of stud bolts, in particular on both sides against the middle part of the housing. Preferably four stud bolts are provided which are distributed uniformly over the circumference and are passed through corresponding through holes. In particular, the stud bolts have threaded sections at the ends and are braced on both sides by means of screw connections to the flange sections.

Die Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch eine Heizvorrichtung für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium, umfassend drei jeweils erfindungsgemäße Heizeinheiten, wobei die erste Elektrode der jeweiligen Heizeinheit mit je einem Außenleiter einer Dreiphasenwechselspannungsquelle verbindbar ist, wobei insbesondere die zweite Elektrode der jeweiligen Heizeinheit jeweils mit dem Neutralleiter der Dreiphasenwechselspannungsquelle verbindbar ist.The object is also achieved in particular by a heating device for an electrically conductive liquid heating medium, comprising three heating units according to the invention, the first electrode of the respective heating unit being connectable to an outer conductor of a three-phase AC voltage source, in particular the second electrode of the respective heating unit each having the neutral conductor the three-phase AC voltage source is connectable.

Die einzelnen Heizeinheiten sind vorzugsweise über mit den Zu- und Abströmöffnungen verbundenen Rohrleitungsabschitte miteinander verbunden. Die einzelnen Rohrleitungsabschnitte können durch Verbindungsstücke mit drei Auslässen (zu den Zuströmöffnungen) bzw. drei Einlassen (für Heizmedium aus den aus Abströmöffnungen kommend) miteinander verbunden werden.The individual heating units are preferably connected to one another via pipeline sections connected to the inflow and outflow openings. The individual pipe sections can be connected to one another by connecting pieces with three outlets (to the inflow openings) or three inlets (for heating medium coming from the outflow openings).

Die Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch einen Heizkreislauf für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium, insbesondere als Primärkreislauf einer Heizungsanlage für Wohn- und/oder Gewerberäume oder zur Warmwasseraufbereitung, umfassend:

  • - mindestens eine erfindungsgemäße Heizeinheit nach einem der, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung,
  • - einen Wärmetauscher, insbesondere Plattenwärmetauscher,
  • - eine Umwälzpumpe und
  • - Rohrleitungen für das Heizmedium, die mit mindestns einer Zuströmöffnung und mindestns einer Abströmöffnung der Heizvorrichtung verbunden sind.
The object is also achieved in particular by a heating circuit for an electrically conductive liquid heating medium, in particular as the primary circuit of a heating system for living and / or commercial spaces or for hot water preparation, comprising:
  • at least one heating unit according to one of the, preferably a heating device according to the invention,
  • a heat exchanger, in particular a plate heat exchanger,
  • - a circulation pump and
  • - Pipes for the heating medium, which are connected to at least one inflow opening and at least one outflow opening of the heating device.

Die Heizvorrichtung des Heizkreislaufs weist vorzugsweise drei erfindungsgemäße Heizeinheiten auf, wobei die erste Elektrode der jeweiligen Heizeinheit mit je einem Außenleiter einer Dreiphasenwechselspannungsquelle verbunden ist. Insbesondere sind die zweiten Elektroden der Heizeinheiten mit dem Neutralleiter der Dreiphasenwechselspannungsquelle verbunden.The heating device of the heating circuit preferably has three heating units according to the invention, the first electrode of the respective heating unit being connected to an outer conductor of a three-phase AC voltage source. In particular, the second electrodes of the heating units are connected to the neutral conductor of the three-phase AC voltage source.

Ein Heizkreislauf mit einer Heizvorrichtung, einem Wärmetauscher, einer Umwälzpumpe und Rohrleitungen für das Heizmedium ist aus dem Stand der Technik bekannt. Durch eine Kombination mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ergeben sich für einen erfindungsgemäßen Heizkreislauf jedoch dieselben Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode und der Heizeinheit beschrieben sind. Insbesondere kann ein Heizkreislauf energetisch möglichst effizient betrieben werden.A heating circuit with a heating device, a heat exchanger, a circulation pump and pipes for the heating medium is known from the prior art. A combination with a heating device according to the invention results in the same advantages for a heating circuit according to the invention as have already been described in connection with the electrode according to the invention and the heating unit. In particular, a heating circuit can be operated as efficiently as possible in terms of energy.

Insbesondere ist der erfindungsgemäße Heizkreislauf über einen Wärmetauscher thermisch an einen Sekundärkreislauf gekoppelt. Über den Wärmetauscher wird die im Primärkreislauf von der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erzeugte Wärme an den Sekundärkreislauf übertragen. In dem Sekundärkreislauf wird insbesondere ein anderes, vorzugsweise elektrisch nicht leitendes, Heizmedium selbst zum Verbrauch erwärmt, beispielsweise Wasser als Warmwasser, oder zur Beheizung von Wohn- und/oder Gewerberäumen, insbesondere über Radiatoren, genutzt. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Heizkreislauf als Primärkreislauf bei einer Heizungsanlage mit einem bestehenden Sekundärkreislauf einfach nachgerüstet werden.In particular, the heating circuit according to the invention is thermally coupled to a secondary circuit via a heat exchanger. The heat generated in the primary circuit by the heating device according to the invention is transferred to the secondary circuit via the heat exchanger. In the secondary circuit, in particular, another, preferably electrically non-conductive, heating medium itself is heated for consumption, for example water as hot water, or for heating living and / or commercial spaces, in particular via radiators. In particular, the heating circuit according to the invention can be used as a primary circuit in a Heating system can be easily retrofitted with an existing secondary circuit.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat das Heizmedium eine elektrische Leitfähigkeit zwischen 10 µS und 10000 µS, vorzugsweise zwischen 10 µS und 1000 µS, weiter vorzugsweise zwischen 10 µS und 500 µS, weiter vorzugsweise zwischen 50 µS und 200 µS, besonders bevorzugt von ungefähr 150 µS (µS: Mikrosiemens, d.h. 1×10-6 Siemens). Auf diese Weise liefert die Heizvorrichtung bzw. der Heizkreislauf bei der Versorgung mit Spannungen im Niederspannungsbereich, insbesondere beim Anschluss an eine haushaltsübliche einphasige Wechselspannung von 220 V bis 230 V oder beim Anschluss an eine Dreiphasenwechselspannung von 380 V bis 400 V, eine ausreichende Heizleistung zur Beheizung von Wohn- und/oder Gewerberäumen. Das Heizmedium ist vorzugsweise eine elektrolythische wässrige Lösung, vorzugsweise eine Natronlauge, d.h. Natriumhydroxid (NaOH), oder Kalilauge, d.h. Kaliumhydroxid (KOH), gelöst in Wasser, insbesondere destilliertem Wasser, wobei die elektrische Leitfähigkeit durch die Konzentration einstellbar ist.In an advantageous development of the invention, the heating medium has an electrical conductivity between 10 μS and 10000 μS, preferably between 10 μS and 1000 μS, further preferably between 10 μS and 500 μS, further preferably between 50 μS and 200 μS, particularly preferably of approximately 150 µS (µS: microsiemens, ie 1 × 10 -6 Siemens). In this way, the heating device or the heating circuit provides sufficient heating power for heating when supplying voltages in the low-voltage range, in particular when connecting to a household single-phase AC voltage from 220 V to 230 V or when connecting to a three-phase AC voltage from 380 V to 400 V. of residential and / or commercial premises. The heating medium is preferably an electrolytic aqueous solution, preferably a sodium hydroxide solution, ie sodium hydroxide (NaOH), or potassium hydroxide solution, ie potassium hydroxide (KOH), dissolved in water, in particular distilled water, the electrical conductivity being adjustable by the concentration.

Die Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Elektrode, einer erfindungsgemäßen Heizeinheit oder einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zur Beheizung eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums eines Heizkreislaufs einer Heizungsanlage für Wohn- und/oder Gewerberäume.The object is also achieved in particular by using an electrode according to the invention, a heating unit according to the invention or a heating device according to the invention for heating an electrically conductive liquid heating medium of a heating circuit of a heating system for living and / or commercial spaces.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode in einer Seitenansicht;
  • 1b eine schematische Darstellung der Elektrode nach 1a in einer perspektivischen Ansicht;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinheit in einer Schnittansicht entlang der Linie B-B in 3;
  • 3 eine schematische Darstellung der Heizeinheit nach 2 in einer Draufsicht;
  • 4 eine schematische Darstellung der Heizeinheit nach 2 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A in 3;
  • 5 eine schematische Darstellung der Heizeinheit nach 2 in einer perspektivischen Ansicht;
  • 6 eine schematische Darstellung des Gehäusemittelteils der Heizeinheit nach 2 in einer perspektivischen Ansicht;
  • 7a eine schematische Darstellung eines Gehäusedeckels der Heizeinheit nach 2 in einer Seitenansicht;
  • 7b eine schematische Darstellung des Gehäusedeckels nach 7a in einer perspektivischen Ansicht;
  • 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkreises mit einer an eine Dreiphasenwechselspannungsquelle angeschlossenen Heizvorrichtung.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Here show:
  • 1a a schematic representation of an embodiment of an electrode according to the invention in a side view;
  • 1b is a schematic representation of the electrode 1a in a perspective view;
  • 2nd is a schematic representation of an embodiment of a heating unit according to the invention in a sectional view along the line BB in 3rd ;
  • 3rd a schematic representation of the heating unit after 2nd in a top view;
  • 4th a schematic representation of the heating unit after 2nd in a sectional view along the line AA in 3rd ;
  • 5 a schematic representation of the heating unit after 2nd in a perspective view;
  • 6 a schematic representation of the middle part of the housing of the heating unit 2nd in a perspective view;
  • 7a is a schematic representation of a housing cover of the heating unit 2nd in a side view;
  • 7b a schematic representation of the housing cover after 7a in a perspective view;
  • 8th is a schematic representation of an embodiment of a heating circuit according to the invention with a heating device connected to a three-phase AC voltage source.

In der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung werden für gleiche und gleich wirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following description of the invention, the same reference numerals are used for identical and identically acting elements.

Die 1a und 1b zeigen eine erfindungsgemäße Elektrode 30 (nachfolgend auch als 30a, 30b oder 30c bezeichnet) zum Erwärmen eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums, das die Elektrode 30 umströmt bzw. daran entlang strömt. Die Elektrode 30 hat einen zylinderstabförmigen runden Elektrodengrundkörper 34, an den sich ein erster Endbereich 31 und ein zweiter Endbereich 32 anschließen. Die beiden Endbereiche 31, 32 bilden kreiszylindrische Halterungszapfen 35 bzw. 36 zur Halterung der Elektrode 30 in einem Gehäuse 10 einer Heizeinheit 1 (bzw. 1a, 1b, 1c) aus. Abgeschrägte Strömungsleitflächen 64, 65 sind als Fasen mit einer Steigung von ungefähr 35-40° ausgebildet. Die Elektrode 30 ist als Vollstab aus Stahl, vorzugsweise aus einer Stahllegierung, die Chrom und Vanadium umfasst, ausgebildet. In einem Profilbereichs 33 zwischen den Endbereichen 31, 32 weist der Elektrodengrundkörper 34 ein Längsprofil mit mehreren Umfangseinkerbungen 61, 62, 63 auf. Das Längsprofil ist symmetrisch zu einer Mittelebene M und umfasst insgesamt sechs Umfangseinkerbungen 61, 62, 63. Die Umfangseinkerbungen 61, 62, 63 sind verschieden weit voneinander beabstandet und haben jeweils eine rechteckige Einkerbungsgeometrie. Das Einkerbungsprofil könnte aber auch gerundet, insbesondere U-förmig, sein. Beispielsweise sind die Umfangseinkerbungen 61, 62, 63 jeweils zwischen 7 mm und 8 mm breit und ungefähr 2 mm tief, was einer Profiltiefe T von 2 mm entspricht. Die Umfangseinkerbungen 61, 62, 63 erstrecken sich von einem äußeren Durchmesser Da , der beispielsweise 20 mm beträgt, bis zu einem inneren Durchmesser Di , der beispielsweise 16 mm beträgt. Der erste Einkerbungsabstand a1 zwischen einer ersten Umfangseinkerbung 61 und einer zweiten Umfangseinkerbung 62 ist ungefähr halb so groß wie der zweite Einkerbungsabstand a2 zwischen der zweiten Umfangseinkerbung 62 und der dritten Umfangseinkerbung 63. Der erste Einkerbungsabstand a1 beträgt beispielsweise 7 mm, während der zweite Einkerbungsabstand a2 14 mm beträgt. Der Elektrodengrundkörper 34 ist ungefähr 125 mm lang. Das Längsprofil der Elektrode 30 beeinflusst durch eine geeignete Wahl der Einkerbungsabstände a1, a2 und der Einkerbungsgeometrien der Umfangseinkerbungen 61, 62, 63 zum einen das resultierende elektrische Feld und zum anderen die Strömung in der Umgebung der Elektrode 30. Dadurch kann die Effizienz der Erwärmung des die Elektrode 30 im strömenden Heizmediums erhöht werden.The 1a and 1b show an electrode according to the invention 30th (hereinafter also as 30a , 30b or 30c denotes) for heating an electrically conductive liquid heating medium, which the electrode 30th flows around or flows along it. The electrode 30th has a cylindrical electrode body 34 to which a first end area 31 and a second end area 32 connect. The two end areas 31 , 32 form circular cylindrical mounting pins 35 or. 36 for holding the electrode 30th in one housing 10 a heating unit 1 (or. 1a , 1b , 1c ) out. Beveled flow control surfaces 64 , 65 are designed as chamfers with a slope of approximately 35-40 °. The electrode 30th is designed as a solid steel rod, preferably a steel alloy comprising chrome and vanadium. In a profile area 33 between the end areas 31 , 32 has the electrode base 34 a longitudinal profile with several circumferential notches 61 , 62 , 63 on. The longitudinal profile is symmetrical to a central plane M and comprises a total of six circumferential notches 61 , 62 , 63 . The circumferential notches 61 , 62 , 63 are spaced apart from one another to a different extent and each have a rectangular notch geometry. The notch profile could also be rounded, in particular U-shaped. For example, the perimeter notches 61 , 62 , 63 each between 7 mm and 8 mm wide and about 2 mm deep, which is a profile depth T of 2 mm. The circumferential notches 61 , 62 , 63 extend from an outer diameter D a , which is for example 20 mm, up to an inner diameter D i , which is 16 mm, for example. The first notch distance a1 between a first circumferential notch 61 and a second perimeter notch 62 is approximately half the second notch distance a2 between the second perimeter notch 62 and the third perimeter notch 63 . The first notch distance a1 is 7, for example mm, while the second notch distance a2 Is 14 mm. The basic electrode body 34 is approximately 125 mm long. The longitudinal profile of the electrode 30th influenced by a suitable choice of the notch distances a1 , a2 and the notch geometries of the circumferential notches 61 , 62 , 63 on the one hand the resulting electric field and on the other hand the flow in the vicinity of the electrode 30th . This can increase the efficiency of heating the electrode 30th be increased in the flowing heating medium.

Die 2 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Heizeinheit 1 (in 8 mit 1a, 1b oder 1c bezeichnet). Das Gehäuse 10 der Heizeinheit 1 hat eine zylindrische Grundform mit einer Längsachse A und ist dreiteilig mit einem ersten Gehäusedeckel 12, einem zweiten Gehäusedeckel 13 und einem dazwischen angeordneten hohlzylindrischen Gehäusemittelteil 11 (siehe 6) ausgeführt. Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise aus dem elektrisch isolierenden Material Polyoxymethylen (POM) hergestellt. Zwischen den Einzelteilen der Gehäuse sind Dichtungen 80, hier Dichtungsringe, vorgesehen, die in stirnseitig ausgeführte Umfangsnuten 81 eingelegt sind. Die Halterungsausnehmung 16 mit dem elektrischen Anschluss für die erste Elektrode 30 ist über eine als O-Ring ausgeführte Dichtung 82 separat abgedichtet. Die Gehäusedeckel 12, 13 weisen jeweils Flanschabschnitte 18 bzw. 19 auf, in denen axiale Durchgangslöcher 71 vorgesehen sind. Insgesamt vier außerhalb des Gehäusemittelteils 11 über den Umfang verteilte Stehbolzen 70 sind zur Verspannung der Flanschabschnitte 18, 19 mittels Verschraubungen durch die Durchgangslöcher 71 hindurchgeführt.The 2nd to 5 show a heating unit according to the invention 1 (in 8th With 1a , 1b or 1c designated). The housing 10 the heating unit 1 has a cylindrical basic shape with a longitudinal axis A and is in three parts with a first housing cover 12th , a second housing cover 13 and a hollow cylindrical housing middle part arranged between them 11 (please refer 6 ) executed. The housing 10 is preferably made of the electrically insulating material polyoxymethylene (POM). There are seals between the individual parts of the housing 80 , here sealing rings, provided in the circumferential grooves on the end face 81 are inserted. The bracket recess 16 with the electrical connection for the first electrode 30th is via a seal designed as an O-ring 82 separately sealed. The housing cover 12th , 13 each have flange sections 18th or. 19th in which axial through holes 71 are provided. A total of four outside the middle part of the housing 11 Stud bolts distributed over the circumference 70 are for bracing the flange sections 18th , 19th by means of screw connections through the through holes 71 passed through.

Das Gehäuse 10 weist Zuströmöffnungen 14, 14a, 14a und Abströmöffnungen 15, 15a, 15b für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium auf, das die Durchflusskammer 20 in axialer Richtung durchströmt. Das elektrisch leitfähige Heizmedium ist vorzugsweise Natronlauge mit destilliertem Wasser und wird in der Durchflusskammer 20 elektrisch erwärmt, indem es ein elektrisches Feld zwischen der zentral angeordneten ersten Elektrode 30 (bzw. 30a, 30b, oder 30c) und der die erste Elektrode 30 in radialem Abstand umgebenden zweite Elektrode 40 geleitet wird. Die zweite Elektrode 40 ist als beidseitig offene hohlzylindrische Mantelelektrode, d.h. als Rundrohr, ausgeführt und erstreckt sich entlang der Innenseite des Gehäusemittelteils 11. Die zweite Elektrode 40 ist vorliegend ungefähr 135 mm lang und hat einen Innendurchmesser von ca. 35 mm. Die Elektrode 40 ist aus dem gleichen Material wie die Elektrode 30. Die zuvor im Zusammenhang mit den 1a und 1b beschriebene Elektrode 30 ist beidseitig mit den ersten und zweiten Halterungszapfen 35, 36 in den ersten und zweiten Halterungsausnehmungen 16 bzw. 17 der Gehäusedeckel 12, 13 aufgenommen, nämlich eingesteckt. Die Halterungsausnehmungen 16 und 17 sind mittig als Sackbohrungen ausgeführt. In dieser Ausführungsform hat die Durchflusskammer 20 ein Volumen von ungefähr 0,1 l. Das Volumen kann aber auch beispielsweise zwischen 0,05 l bis 1 I oder bis zu 10 I haben. Die elektrische Leitfähigkeit des Heizmediums beträgt ungefähr 150 µS. Die Heizleistung der Heizvorrichtung kann beispielswiese im Bereich von 10, 15 oder 30 kW sein. Die Heizeinheit 1 kann zur Beheizung von Gewerbe- und Wohnräumen eingesetzt werden.The housing 10 has inflow openings 14 , 14a , 14a and outflow openings 15 , 15a , 15b for an electrically conductive liquid heating medium on the flow chamber 20 flows in the axial direction. The electrically conductive heating medium is preferably sodium hydroxide solution with distilled water and is in the flow chamber 20 electrically heated by creating an electric field between the centrally located first electrode 30th (or. 30a , 30b , or 30c ) and the first electrode 30th radially surrounding second electrode 40 is directed. The second electrode 40 is designed as a hollow cylindrical jacket electrode open on both sides, ie as a round tube, and extends along the inside of the middle part of the housing 11 . The second electrode 40 is about 135 mm long and has an inner diameter of approx. 35 mm. The electrode 40 is made of the same material as the electrode 30th . The previously related to the 1a and 1b described electrode 30th is on both sides with the first and second mounting pins 35 , 36 in the first and second bracket recesses 16 or. 17th the housing cover 12th , 13 recorded, namely plugged in. The bracket recesses 16 and 17th are centered as blind holes. In this embodiment, the flow chamber has 20 a volume of approximately 0.1 l. The volume can also have, for example, between 0.05 l to 1 l or up to 10 l. The electrical conductivity of the heating medium is approximately 150 µS. The heating power of the heating device can be, for example, in the range from 10, 15 or 30 kW. The heating unit 1 can be used to heat commercial and residential spaces.

In den Gehäusedeckeln 12, 13 sind jeweils axiale Durchgangskanäle 21, 22 ausgebildet, die zu den Zuströmöffnungen 14, 14a, 14b bzw. Abströmöffnungen 15, 15a, 15b führen. Die Zuströmöffnungen 14 und Abströmöffnungen 15 sind jeweils als Paare von zwei getrennten bogenförmigen Zuströmöffnungen 14a, 14b bzw. Abströmöffnungen 15a, 15b ausgebildet. Die Zustrom- und Abströmöffnungen 14a, 14b bzw. 15a, 15b sind jeweils um 90° um die Längsachse A zueinander verdreht angeordnet und erstrecken sich jeweils über einen Winkelbereich von ungefähr 120°. In den zentralen Bereichen der Gehäusedeckel 12, 13 sind die Halterungsausnehmungen 16, 17 angeordnet. Die Zustrom- und Abströmöffnungen 14 bzw. 15 überlappen sich in radialer Richtung mit dem Querschnitt der ersten Elektrode 30. Der erste Gehäusedeckel 12 ist in den 7a und 7b dargestellt. An den axialen Außenseiten weisen die Gehäusedeckel 12, 13 jeweils Ausnehmungen mit Innengewinden für den Anschluss von Rohrleitungen auf.In the housing covers 12th , 13 are axial through-channels 21st , 22 trained to the inflow openings 14 , 14a , 14b or outflow openings 15 , 15a , 15b to lead. The inflow openings 14 and outflow openings 15 are each as a pair of two separate arcuate inflow openings 14a , 14b or outflow openings 15a , 15b educated. The inflow and outflow openings 14a , 14b or. 15a , 15b are each 90 ° around the longitudinal axis A arranged rotated to each other and each extend over an angular range of approximately 120 °. In the central areas of the housing cover 12th , 13 are the mounting recesses 16 , 17th arranged. The inflow and outflow openings 14 or. 15 overlap in the radial direction with the cross section of the first electrode 30th . The first housing cover 12th is in the 7a and 7b shown. The housing covers face on the axial outer sides 12th , 13 recesses with internal threads for connecting pipes.

Die erster Elektrode 30 ist über eine Anschlussleitung 50, die durch eine radiale Durchgangsöffnung 52 im ersten Gehäusedeckel 12 vorgesehen ist und in die erste Halterungsausnehmung 16 einmündet, elektrisch kontaktiert. Die zweiter Elektrode 40 ist über eine Anschlussleitung 51, die als radiale Durchgangsöffnung 53 im Gehäusemittelteil 11 ausgeführt ist, elektrisch kontaktiert. In die Durchgangsöffnung 53 ist ein Reduziernippel 54 eingesetzt. Die Anschlussleitungen 50 und 51 sind jeweils als metallische Gewindestifte 50, 51 mit Kontaktspitzen ausgeführt. An den Umfangsaußenflächen des ersten Gehäuses 12 und des Gehäusemittelteil 11 sind jeweils ebene Anschlussflächen 55 zur Einschraubung der Gewindestifte 50, 51 vorgesehen.The first electrode 30th is via a connecting cable 50 through a radial through opening 52 in the first housing cover 12th is provided and in the first mounting recess 16 flows into, electrically contacted. The second electrode 40 is via a connecting cable 51 acting as a radial through hole 53 in the middle part of the housing 11 is made, electrically contacted. In the through opening 53 is a reducing nipple 54 used. The connecting lines 50 and 51 are each available as metallic grub screws 50 , 51 with contact tips. On the peripheral outer surfaces of the first housing 12th and the middle part of the housing 11 are flat connection surfaces 55 for screwing in the set screws 50 , 51 intended.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizkreislaufs 100 mit einem Wärmetauscher 101, einer Umwälzpumpe 102, Rohrleitungen 103 für ein elektrisch leitfähiges Heizmedium sowie einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 3, die drei zuvor als Heizeinheit 1 beschriebene erfindungsgemäße Heizeinheiten 1a, 1b, 1c umfasst. Die Heizeinheiten 1a, 1b, 1c umfassen jeweils eine zuvor beschriebene Elektrode 30, die nachfolgend als die drei Elektroden 30a, 30b und 30c bezeichnet sind. Über ein zustromseitiges Leitungskreuzstück 105 (drei Auslässe) und ein abstromseitiges Leitungskreuzstück 106 (drei Einlässe) sind die Zuströmöffnungen 14 bzw. die Abströmungsöffnungen 15 der einzelnen Heizeinheiten 1a, 1b, 1c mit dem System aus Rohrleitungen 103 des Heizkreislaufs 100 verbunden. Die Heizvorrichtung 3 ist an eine Spannungsquelle 2 angeschlossen, die als Dreiphasenwechselspannungsquelle ausgeführt ist. Die drei Außenleiter L1, L2, L3 der Dreiphasenwechselspannungsquelle sind jeweils mit einer Anschlussleitung 50a, 50b, 50c der ersten Elektroden 30a, 30b, 30c verbunden. Der Neutralleiter N ist mit den Anschlussleitungen 51 der insgesamt drei in den Heizeinheiten 1a, 1b, 1c vorhandenen zweiten Elektroden 40 verbunden. Der Wärmetauscher 101 ist ein Plattenwärmetauscher. Der Heizkreislauf 100 ist hier als ein Primärkreislauf einer Heizungsanlage vorgesehen, wobei über den Wärmetauscher 101 die von der Heizvorrichtung 3 erzeugte und in dem elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmedium gespeicherte Wärme an einen Sekundärkreislauf 200 übertragen wird, beispielsweise zur Warmwasseraufbereitung oder zur Beheizung von Wohn- und/oder Gewerberäumen. 8th shows a schematic representation of a heating circuit according to the invention 100 with a heat exchanger 101 , a circulation pump 102 , Piping 103 for an electrically conductive heating medium and a heating device according to the invention 3rd , the three previously as a heating unit 1 described heating units according to the invention 1a , 1b , 1c includes. The heating units 1a , 1b , 1c each include an electrode previously described 30th hereinafter referred to as the three electrodes 30a , 30b and 30c are designated. Via an upstream Line crosspiece 105 (three outlets) and a downstream cross piece 106 (three inlets) are the inflow openings 14 or the outflow openings 15 of the individual heating units 1a , 1b , 1c with the pipeline system 103 of the heating circuit 100 connected. The heater 3rd is connected to a voltage source 2nd connected, which is designed as a three-phase AC voltage source. The three outer conductors L1 , L2 , L3 the three-phase AC voltage source are each with a connecting cable 50a , 50b , 50c the first electrodes 30a , 30b , 30c connected. The neutral conductor N is with the connecting cables 51 of the total of three in the heating units 1a , 1b , 1c existing second electrodes 40 connected. The heat exchanger 101 is a plate heat exchanger. The heating circuit 100 is provided here as a primary circuit of a heating system, with the heat exchanger 101 that of the heater 3rd generated heat and stored in the electrically conductive liquid heating medium to a secondary circuit 200 is transmitted, for example for hot water preparation or for heating residential and / or commercial premises.

BezugszeichenlisteReference list

11
HeizeinheitHeating unit
22nd
SpannungsquelleVoltage source
33rd
HeizvorrichtungHeater
1010th
Gehäusecasing
1111
GehäusemittelteilMiddle part of the housing
1212th
erster Gehäusedeckelfirst housing cover
1313
zweiter Gehäusedeckelsecond housing cover
14, 14a, 14b14, 14a, 14b
ZuströmöffnungInflow opening
15, 15a, 15b15, 15a, 15b
AbströmöffnungOutflow opening
1616
erste Halterungsausnehmungfirst bracket recess
1717th
zweite Halterungsausnehmungsecond bracket recess
18, 1918, 19
FlanschabschnittFlange section
2020
DurchflusskammerFlow chamber
21, 2221, 22
DurchgangskanalThrough channel
30, 30a, 30b, 30c30, 30a, 30b, 30c
erste Elektrodefirst electrode
3131
erster Endbereichfirst end area
3232
zweiter Endbereichsecond end area
3333
ProfilbereichProfile area
3434
ElektrodengrundkörperElectrode base
3535
erster Halterungszapfenfirst mounting pin
3636
zweiter Halterungszapfensecond mounting pin
4040
zweite Elektrodesecond electrode
50, 50a, 50b, 50c50, 50a, 50b, 50c
AnschlussleitungConnecting cable
5151
AnschlussleitungConnecting cable
5252
DurchgangsöffnungThrough opening
5353
DurchgangsöffnungThrough opening
5454
RediziernippelReduction nipple
5555
AnschlussflächePad
61, 62, 6361, 62, 63
UmfangseinkerbungPerimeter notch
64, 6564, 65
StrömungsleitflächeFlow control surface
7070
StehbolzenStud bolts
7171
DurchgangslochThrough hole
7272
VerschraubungScrew connection
80, 8280, 82
Dichtungpoetry
8181
UmfangsnutCircumferential groove
100100
HeizkreislaufHeating circuit
101101
WärmetauscherHeat exchanger
102102
UmwälzpumpeCirculation pump
103103
RohrleitungPipeline
105, 106105, 106
LeitungskreuzstückLine crosspiece
200200
SekundärkreislaufSecondary circuit
AA
LängsachseLongitudinal axis
MM
MittelebeneMiddle plane
TT
ProfiltiefeProfile depth
L1, L2, L2L1, L2, L2
AußenleiterOuter conductor
NN
NeutralleiterNeutral conductor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 3885125 A [0004]US 3885125 A [0004]
  • US 2605381 A [0005]US 2605381 A [0005]
  • DE 2426196 A1 [0006]DE 2426196 A1 [0006]
  • DE 2300561 A1 [0006]DE 2300561 A1 [0006]
  • WO 2009/013279 A2 [0007]WO 2009/013279 A2 [0007]

Claims (26)

Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) für eine Heizeinheit (1), insbesondere für einen elektrischen Durchlauferhitzer, zum Erwärmen eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums, wobei die Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) aus Stahl, vorzugsweise aus einer Chrom und Vanadium umfassenden Stahllegierung, ist und einen zylinderstabförmigen, vorzugsweise runden, Elektrodengrundkörper (34) mit zwei sich gegenüberliegenden Endbereichen (31, 32) und einem dazwischen angeordeneten Profilbereich (33) aufweist, wobei der Elektrodengrundkörper (34) im Profilbereich (33) ein Längsprofil mit mindestens einer Umfangseinkerbung (61, 62, 63), insbesondere mit mehreren Umfangseinkerbungen (61, 62, 63) aufweist.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) for a heating unit (1), in particular for an instantaneous water heater, for heating an electrically conductive liquid heating medium, wherein the electrode (30, 30a, 30b, 30c) is made of steel, preferably of a steel alloy comprising chromium and vanadium, and has a cylindrical rod-shaped, preferably round, electrode base body (34) with two opposite end regions (31, 32) and a profile region (33) arranged between them, wherein the electrode base body (34) has a longitudinal profile in the profile region (33) with at least one circumferential notch (61, 62, 63), in particular with a plurality of circumferential notches (61, 62, 63). Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Umfangseinkerbung (61) einen ersten Einkerbungsabstand (a1) zu einer zweiten Umfangseinkerbung (62) aufweist, wobei die zweite Umfangseinkerbung (62) einen zweiten Einkerbungsabstand (a2) zu einer dritten Umfangseinkerbung (63) aufweist, wobei der erste Einkerbungsabstand (a1) sich von dem zweiten Einkerbungsabstand (a2) unterscheidet, wobei insbesondere der zweite Einkerbungsabstand (a2) in etwa doppelt so groß ist wie der erste Einkerbungsabstand (a1).Electrode (30, 30a, 30b, 30c) Claim 1 , characterized in that a first circumferential notch (61) has a first notch distance (a1) from a second circumferential notch (62), the second circumferential notch (62) having a second notch distance (a2) from a third circumferential notch (63), the the first notch distance (a1) differs from the second notch distance (a2), the second notch distance (a2) in particular being approximately twice as large as the first notch distance (a1). Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangseinkerbungen (61, 62, 63) unterschiedliche Einkerbungsgeometrien aufweisen, die insbesondere ein rechteckiges oder U-förmiges Einkerbungsprofil aufweisen, wobei die Umfangseinkerbungen (61, 62, 63) insbesondere durch Quer-Profileinstechdrehen hergestellt sind.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) Claim 1 or 2nd , characterized in that the circumferential notches (61, 62, 63) have different notch geometries, which in particular have a rectangular or U-shaped notch profile, the circumferential notches (61, 62, 63) being produced in particular by transverse profiling. Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilbereich (33) mindestens drei, jeweils unterschiedlich breite und/oder jeweils unterschiedlich voneinander beabstandete Umfangseinkerbungen (61, 62, 63) aufweist, wobei das Längsprofil insbesondere symmetrisch zu einer Mittelebene (M) des Elektrodengrundkörpers (34) ist.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) according to one of the preceding claims, characterized in that the profile region (33) has at least three circumferential notches (61, 62, 63), each of different widths and / or differently spaced from one another, the Longitudinal profile is in particular symmetrical to a central plane (M) of the electrode base body (34). Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodengrundkörper (34) einen inneren Durchmesser Di und einen äußeren Durchmesser Da aufweist, wobei die Umfangseinkerbungen (61, 62, 63) sich radial vom äußeren Durchmesser Da bis zum inneren Durchmesser Di erstrecken, wobei eine Profiltiefe (T) des Längsprofils vorzugsweise zwischen einem Zwantigstel und einem Viertel, weiter vorzugsweise zwischen einem Zwölftel und einem Achtel, besonders bevorzugt ungefähr ein Zehntel des äußeren Durchmessers Da beträgt.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode base body (34) has an inner diameter D i and an outer diameter D a , the circumferential notches (61, 62, 63) being radial extend from the outer diameter D a to the inner diameter D i , a profile depth (T) of the longitudinal profile preferably being between a twentieth and a quarter, more preferably between a twelfth and an eighth, particularly preferably approximately one tenth of the outer diameter Da. Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge des Profilbereichs (33) zum äußeren Durchmesser Da zwischen 8 und 4, vorzugsweise zwischen 7 und 5, besonders bevorzugt ungefähr 6 beträgt, wobei die Länge des Profilbereichs (33) vorzugsweise zwischen 100 mm und 150 mm beträgt, besonders bevorzugt ungefähr 125 mm.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the length of the profile region (33) to the outer diameter D a is between 8 and 4, preferably between 7 and 5, particularly preferably approximately 6 , wherein the length of the profile area (33) is preferably between 100 mm and 150 mm, particularly preferably approximately 125 mm. Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endbereich (31) einen ersten Halterungszapfen (35) der zweite Endbereich (32) einen zweiten Halterungszapfen (36) ausbildet, wobei der erste Halterungszapfen (35) länger ist als der zweite Halterungszapfen (36), vorzugsweise mehr als doppelt so lang.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) according to one of the preceding claims, characterized in that the first end area (31) forms a first mounting pin (35) and the second end area (32) forms a second mounting pin (36), the first mounting pin (35) is longer than the second mounting pin (36), preferably more than twice as long. Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Endbereich (31, 32) eine schräge Strömungsleitfläche, insbesondere eine Fase zwischen 30° bis 45°, vorzugsweise zwischen 35° und 40°, aufweist.Electrode (30, 30a, 30b, 30c) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second end region (31, 32) has an inclined flow guide surface, in particular a chamfer between 30 ° and 45 °, preferably between 35 ° and 40 °. Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c), insbesondere elektrischer Durchlauferhitzer, zum Erwärmen eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums für einen Heizkreislauf, Folgendes umfassend: - ein elektrisch isolierendes und fluiddichtes Gehäuse (10), vorzugsweise mit hohlzylindrischer Grundform, das eine sich entlang einer Längsachse (A) erstreckende Durchflusskammer (20) für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium mit mindestens einer Zuströmöffnung (14) und mindestens einer Abströmöffnung (15) begrenzt, - eine, vorzugsweise genau eine, erste Elektrode (30) mit einem zylinderstabförmigen Elektrodengrundkörper (34), insbesondere eine erste Elektrode (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und - eine zweite Elektrode (40), die sich radial beabstandet zumindest abschnittsweise um die erste Elektrode (30) erstreckt, wobei die Elektroden (30, 40) im Gehäuse (10) elektrisch voneinander isoliert aufgenommen sind und das Gehäuse (10) elektrische Anschlüsse (18, 19) zur Verbindung der Elektroden (30, 40) mit je einem elektrischen Potential einer Spannungsquelle (2), insbesondere einer Dreiphasenwechselspannungsquelle, aufweist und wobei die Elektroden (30, 40) in Richtung der Längsachse (A) verlaufend, sich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckend, angeordnet sind und die Zuströmöffnung (14) und die Abströmöffnung (15) sich in Richtung der Längsachse (A) gegenüberliegend angeordnet sind.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c), in particular an electric water heater, for heating an electrically conductive liquid heating medium for a heating circuit, comprising: Flow chamber (20), which extends along the longitudinal axis (A), for an electrically conductive liquid heating medium with at least one inflow opening (14) and at least one outflow opening (15), - one, preferably exactly one, first electrode (30) with a cylindrical rod-shaped main body (34) , in particular a first electrode (30) according to one of the Claims 1 to 8th , and - a second electrode (40) which extends radially spaced at least in sections around the first electrode (30), the electrodes (30, 40) being accommodated in the housing (10) in an electrically insulated manner and the housing (10) in an electrical manner Connections (18, 19) for connecting the electrodes (30, 40) each with an electrical potential of a voltage source (2), in particular a three-phase alternating voltage source, and the electrodes (30, 40) extending in the direction of the longitudinal axis (A) extending at least substantially parallel to one another, and the inflow opening (14) and the outflow opening (15) are arranged opposite one another in the direction of the longitudinal axis (A). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuströmöffnung (14) in einem ersten Gehäusedeckel (12) und/oder die mindestens eine Abströmöffnung (15) in einem zweiten Gehäusedeckel (13) vorgesehen ist, wobei der bzw. die Gehäusedeckel (14, 15) insbesondere mit einem hohlzylindrischen Gehäusemittelteil (11) verbunden ist bzw. sind. Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) after Claim 1 characterized in that the at least one inflow opening (14) is provided in a first housing cover (12) and / or the at least one outflow opening (15) is provided in a second housing cover (13), the housing cover (s) (14, 15) is or are connected in particular to a hollow cylindrical housing middle part (11). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuströmöffnung (14) und/oder die mindestens eine Abströmöffnung (15) jeweils als Paare von getrennten Zuströmöffnungen (14a, 14b) bzw. Abströmöffnungen (15a, 15a) vorgesehen sind.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the at least one inflow opening (14) and / or the at least one outflow opening (15) are each provided as pairs of separate inflow openings (14a, 14b) or outflow openings (15a, 15a). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmöffnungen (14a, 14b) und die Abströmöffnungen (15a, 15a) paarweise, vorzugsweise um 90°, um die Längsachse (A) zueinander verdreht angeordnet sind.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, in particular according to Claim 11 , characterized in that the inflow openings (14a, 14b) and the outflow openings (15a, 15a) are arranged in pairs, preferably rotated by 90 ° to one another about the longitudinal axis (A). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmöffnungen (14a, 14b) und/oder die Abströmöffnungen (15a, 15a) jeweils als axiale Durchgangskanäle (21, 22) im Gehäusedeckel (12 bzw. 13) ausgebildet sind, wobei die Durchgangskanäle (21, 22) vorzugsweise einen bogenförmigen Querschnitt haben.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow openings (14a, 14b) and / or the outflow openings (15a, 15a) each as axial through-channels (21, 22) in the housing cover (12 or 13) are formed, the through channels (21, 22) preferably having an arcuate cross section. Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmöffnungen (14a, 14b) und/oder die Abströmöffnungen (15a, 15a) bogenförmig ausgebildet sind und sich jeweils über einen Winkelbereich zwischen 90° bis 150°, vorzugsweise zwischen 110° und 130°, besonders bevorzugt von ungefähr 120°, erstrecken.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow openings (14a, 14b) and / or the outflow openings (15a, 15a) are arcuate and each extend over an angular range between 90 ° to 150 °, preferably between 110 ° and 130 °, particularly preferably of approximately 120 °. Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmöffnungen (14a, 14b) und/oder die Abströmöffnungen (15a, 15a) sich in radialer Richtung mit dem Querschnitt der ersten Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) überlappen, wobei insbesondere ein Mittelkreisdurchmesser der Zuströmöffnungen (14a, 14b) und/oder der Abströmöffnungen (15a, 15a) größer ist als der äußere Durchmesser Da des Elektrodengrundkörpers (36).Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow openings (14a, 14b) and / or the outflow openings (15a, 15a) radially with the cross section of the first electrode (30, 30a, 30b, 30c) overlap, a center circle diameter of the inflow openings (14a, 14b) and / or the outflow openings (15a, 15a) in particular being larger than the outer diameter D a of the electrode base body (36). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (40) als hohlzylindrische Mantelelektrode, ausgebildet ist, die sich insbesondere entlang einer Innenfläche des Gehäuses (10) erstreckt.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the second electrode (40) is designed as a hollow cylindrical jacket electrode, which extends in particular along an inner surface of the housing (10). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (30) beidseitig Halterungszapfen (34, 35) aufweist, die in den Gehäusedeckeln (12, 13) ausgebildeten Halterungsausnehmungen (16, 17) aufgenommen, insbesondere eingesteckt, sind.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the first electrode (30) has mounting pins (34, 35) on both sides, the mounting recesses (16, 17) formed in the housing covers (12, 13) ) are recorded, especially inserted. Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäusedeckel (12) eine radiale Durchgangsöffnung (52) für eine elektrische Anschlussleitung (50), insbesondere für einen elektrisch leitenden Gewindestift, aufweist, die in die erste Halterungsausnehmung (16) mündet.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the first housing cover (12) has a radial through opening (52) for an electrical connection line (50), in particular for an electrically conductive threaded pin, which opens into the first mounting recess (16). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusemittelteil (11) eine radiale Durchgangsöffnung (53) für eine elektrische Anschlussleitung (51), insbesondere für einen elektrisch leitenden Gewindestift, aufweist.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing middle part (11) has a radial through opening (53) for an electrical connecting line (51), in particular for an electrically conductive threaded pin. Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10), insbesondere das Gehäusemittelteil (11) und die beiden Gehäusedeckel (12, 13), aus einem Kunststoff oder einem Kunstharz, vorzugsweise aus Polyoxymethylen (POM), hergestellt ist.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (10), in particular the middle housing part (11) and the two housing covers (12, 13), preferably made of a plastic or a synthetic resin made of polyoxymethylene (POM). Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (40) aus dem gleichen Material wie die erste Elektrode (30) ist, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise aus einer Chrom und Vanadium umfassenden Stahllegierung.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the second electrode (40) is made of the same material as the first electrode (30), in particular steel, preferably comprising a chromium and vanadium Steel alloy. Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusedeckel (12, 13) jeweils Flanschabschnitte (18, 19) mit axialen Durchgangslöchern (71) ausbilden, über die die Gehäusedeckel (12, 13) mittels Stehbolzen (70), insbesondere beidseitig gegen das Gehäusemittelteil (11), miteinander verspannt sind.Heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing covers (12, 13) each form flange sections (18, 19) with axial through holes (71) via which the housing covers (12, 13 ) are clamped together by means of stud bolts (70), in particular on both sides against the middle part of the housing (11). Heizvorrichtung (3) für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium, umfassend mindestens drei Heizeinheiten (1a, 1b, 1c), jeweils nach einem der Ansprüche 9 bis 22, wobei die erste Elektrode (30a, 30b, 30c) der jeweiligen Heizeinheit (1a, 1b, 1c) mit je einem Außenleiter (L1, L2, L3) einer Dreiphasenwechselspannungsquelle verbindbar ist, wobei insbesondere die zweite Elektrode (40) der jeweiligen Heizeinheit (1a, 1b, 1c) jeweils mit dem Neutralleiter (N) der Dreiphasenwechselspannungsquelle verbindbar ist.Heating device (3) for an electrically conductive liquid heating medium, comprising at least three heating units (1a, 1b, 1c), each according to one of the Claims 9 to 22 , wherein the first electrode (30a, 30b, 30c) of the respective heating unit (1a, 1b, 1c) can be connected to an outer conductor (L1, L2, L3) of a three-phase AC voltage source, in particular the second electrode (40) of the respective heating unit ( 1a, 1b, 1c) can each be connected to the neutral conductor (N) of the three-phase AC voltage source. Heizkreislauf (100) für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Heizmedium, insbesondere als Primärkreislauf einer Heizungsanlage für Wohn- und/oder Gewerberäume oder zur Warmwasseraufbereitung, umfassend: - mindestens eine Heizeinheit (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 22, vorzugsweise eine Heizvorrichtung (3) nach Anspruch 23, - einen Wärmetauscher (101), insbesondere Plattenwärmetauscher, - eine Umwälzpumpe (102) und - Rohrleitungen (103) für das Heizmedium, die mit mindestns einer Zuströmöffnung (14) und mindestns einer Abströmöffnung (15) der Heizvorrichtung (3) verbunden sind.Heating circuit (100) for an electrically conductive liquid heating medium, in particular as a primary circuit of a heating system for living and / or commercial spaces or for hot water preparation, comprising: - at least one heating unit (1) according to one of the Claims 9 to 22 , preferably a heating device (3) Claim 23 , - a heat exchanger (101), in particular plate heat exchanger, - a circulation pump (102) and - pipes (103) for the heating medium, which are connected to at least one inflow opening (14) and at least one outflow opening (15) of the heating device (3). Heizkreislauf (100) gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium eine elektrische Leitfähigkeit zwischen 10 µS und 10000 µS, vorzugsweise zwischen 10 µS und 1000 µS, weiter vorzugsweise zwischen 10 µS und 500 µS, weiter vorzugsweise zwischen 50 µS und 200 µS, besonders bevorzugt von ungefähr 150 µS hat.Heating circuit (100) according to Claim 24 , characterized in that the heating medium has an electrical conductivity between 10 µS and 10000 µS, preferably between 10 µS and 1000 µS, further preferably between 10 µS and 500 µS, further preferably between 50 µS and 200 µS, particularly preferably of approximately 150 µS . Verwendung einer Elektrode (30, 30a, 30b, 30c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einer Heizeinheit (1, 1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 9 bis 22 oder einer Heizvorrichtung (3) nach Anspruch 23 zur Beheizung eines elektrisch leitfähigen flüssigen Heizmediums eines Heizkreislaufs (100) einer Heizungsanlage für Wohn- und/oder Gewerberäume.Use of an electrode (30, 30a, 30b, 30c) according to one of the Claims 1 to 8th , a heating unit (1, 1a, 1b, 1c) according to one of the Claims 9 to 22 or a heating device (3) Claim 23 for heating an electrically conductive liquid heating medium of a heating circuit (100) of a heating system for living and / or commercial spaces.
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