AT391366B - Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Nr. 391 366

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wasserdurchlauferhitzer mit einer mit elektrischem Strom oder Brennstoff beheizten Wärmequelle, eine Einrichtung zum Beeinflussen des Durchsatzes an Wasser sowie eine Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Temperatur dieses Wassers, die beide miteinander gekoppelt sind, so daß zum Aufrechterhalten der Soll-Auslauftemperatur des Wassers bei bereits eingestellter Maximalwärmeleistung der Wärmequelle der Durchsatz gedrosselt wird und die Kopplung folgender Beziehung gehorcht: 1 ^Soll= Cx-

Qmax wobei ’dgQij die Auslauftemperatur in °C, Qmax der maximale Fluiddurchsatz und C eine Konstante bedeuten.

Ein solcher Durchlauferhitzer ist mit Ausnahme der mathematischen Formulierung der Kopplung bekannt aus der DE-AS 2 250 439. Der Nachteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß über die Art der Kopplung nichts ausgesagt ist.

Aus der DE-OS 2 906 555 ist ein gasbeheizter Durchlauferhitzer bekanntgeworden, der über einen Sekundärwärmetauscher Wasser im Durchlaufverfahren erhitzt. Es ist ein zangenartiges Glied vorgesehen, über das der Durchlauferhitzer zum Erzielen eines Warmstarts vorgeheizt werden kann, auch wenn kein Brauchwasser dem Sekundärwärmetauscher entnommen wird. Eine Kopplung des Wasserdurchsatzes mit der Auslauftemperatur findet nicht statt

Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, die Art der Kopplung auszugestalten.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß zur Durchführung der Kopplung ein zangenartiges Glied mit zwei doppelarmigen Hebeln vorgesehen ist, von denen zwei Hebelarme mit einem einem Temperaturfühler im Wassereinlaß zugehörigen Weggeber verbunden sind, während die beiden anderen Hebelarme des zangenartigen Gliedes einmal mit dem Soll-Wertgeber und zum anderen mit einer Stange gekoppelt sind, mit der der Wasserdurchsatz über ein mit ihr verbundenes Ventil beeinflußbar ist.

Durch diese Ausgestaltung gelingt auf einfache Art und Weise eine Kopplung der Größen des Durchsatzes an zu erhitzendem Wasser mit der Auslauftemperatur.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Lagerpunkt des zangenartigen Gliedes im Gleichlauf mit der Verstellung des Soll-Wertes für die Auslauftemperatur des Wassers verschiebbar gestaltet ist. Durch diese Ausgestaltung gelingt es, die Spreizung des zangenartigen Gliedes, die eigentlich durch die Einlauftemperatur des aufzuheizenden Wassers bestimmt ist, zu variieren.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur eins ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Anwendung auf einen gasbeheizten Durchlauferhitzer,

Figur zwei ein zweites Ausführungsbeispiel des Durchlauferhitzers in Anwendung auf eine elektrische Beheizung und

Figur drei Diagramme.

Die Art der Anwendung in Verbindung mit den möglichen Ausgestaltungen der Kopplung sind frei variierbar und im übrigen auch auf andere noch nicht genannte Beheizungssysteme übertragbar, wie beispielsweise Beheizung durch Fernwärme oder Beheizung durch einen Ölbrenner oder Solarkollektoren.

Der Durchlauferhitzer (1) gemäß Figur eins weist ein Gehäuse (2) auf, innerhalb dessen ein von einem Gasbrenner (3) beheizter Wärmetauscher (4) untergebracht ist. Der Gasbrenner wird über eine mit einem Ventil (5) versehene Gaszuleitung (6) mit Gas beschickt, wobei das Ventil (5) von einem Regler (7) beherrscht ist. Der Wärmetauscher (4) ist von einer Wasserleitung (8) durchsetzt, deren Anfang (9) an ein speisendes Kaltwassemetz angeschlossen ist und an deren Ende (10) ein Zapfventil (11) angeschlossen ist. Stromab des Wärmetauschers (4) und vor dem Zapfventil (11) ist ein Temperaturfühler (12) vorgesehen, der über eine Meßleitung (13) mit dem Regler (7) verbunden ist. Als Sollwert-Geber für den Regler (7) dient ein Potentiometer (14), das über eine elektrische Zuleitung (15) mit dem Regler (7) verbunden ist.

Im Ausführungsbeispiel dient der Durchlauferhitzer dazu, Wasser für sanitäre Zwecke zu erwärmen, statt Wasser könnte auch ein anderes Medium erwärmt werden, beispielsweise Öl für einen Ölbrenner. Der Öffnungsquerschnitt des Ventils (5) ist vom Regler (7) stetig verstellbar, zwischen einer Schließstellung und einer maximalen Öffnungsstellung, wobei die maximale Öffnungsstellung zur Nenn- oder Maximalleistung des Durchlauferhitzers (1) führt.

Im Zuge der Wasserleitung (8) ist stromab des Anfangs ein weiterer Temperaturfühler (16) angeordnet, mit dem die Wassereinlaßtemperatur erfaßt werden kann. Dieser Temperaturfühler ist ein hydraulischer Geber, der über ein Kapillarrohr (17) mit einem Ausdehnungsbalg (18) verbunden ist. Die Wasserleitung verzweigt sich stromab des Fühlers (16) in zwei Wege (19) und (20), wobei der Weg (20) durch einen Wasserschalter (21) führt In diesem Wasserschalter ist eine Vorrichtung zur Durchsatzbegrenzung vorgesehen, so daß der maximale -2-

Nr. 391 366

Wasserdurchsatz durch den Öffnungsquerschnitt eines Drosselgliedes im Wasserschalter bestimmt wird. Unterhalb dieses Maximaldurchsatzes liegende Wasserdurchsatz-Werte können durch den Öffnungsgrad des Zapfventils (11) bestimmt werden.

Die beiden Zweige (19) und (20) sind im Wasserschalter an zwei Kammern (22) und (23) angeschlossen, die beide durch einen Ventilsitz (24) verbunden sind. Dieser Ventilsitz wird von einem Ventilkörper (25) beherrscht, der mit einer Stellstange (26) verbunden ist. Eine Rückstellfeder (27) sorgt dafür, daß in der Ruhelage der Ventilkörper (25) aus dem Ventilsitz (24) herausgezogen wird, so daß also die beiden Zweige (19) und (20) miteinander in Verbindung stehen. Von der Kammer (22) geht die Leitung (8) ab und führt zum Wärmetauscher (4). Das Ende (28) der Stange (26) liegt an einem Hebelarm (29) eines zangenartigen Steuergliedes (30) an, das bei (31) fest im Gehäuse (2) gelagert ist, wobei die Stelle (31) gleichzeitig den Drehpunkt des Hebels (29) darstellt. Der Hebel (29) ist ein zweiarmiger Hebel, sein zweiter Arm (33) liegt an der einen Seite des Balgs (18) an. Der andere Hebel (32) liegt mit seinem einen Arm (34) an der dem Arm (33) abgewandten Seite des Balgs (18) an, sein anderer Arm (34) liegt am Ende (35) einer Temperaturwählerspindel (36) an, die von einer Handhabe (37) von außen verstellbar ist.

Die Temperaturwählerspindel hat an ihrem Umfang fest verbunden ein Zahnrad (39), das mit einem weiteren Zahnrad (40) kämmt, das auf der Achse (41) des Potentiometers (14) befestigt ist. Die Temperaturwählerspindel weist ein Außengewinde (42) auf, das mit einem Innengewinde im Gehäuse (2) korrespondiert. Die Wasserdurchfluß-Richtung durch den Durchflußerhitzer ist mittels des Pfeils (42) gekennzeichnet

Der eben beschriebene Durchlauferhitzer hat folgende Funktion:

Er wird von einem Temperaturregler beherrscht, der aus dem Meßglied (12), dem Regler und dem Stellglied (5) besteht. Das nach Öffnen des Zapfventils (11) durch die Wasserleitung (8) fließende Wasser ist in seinem Durchsatz entweder durch den (kleineren) Öffnungsgrad des Zapfventils (11) begrenzt beziehungsweise wird durch den Wasserschalter (21) unterhalb einer dort einstellbaren Grenze gehalten.

Dieser Grenze ist noch überlagert das Wasser, was durch die Leitung (19) und den vom Ventilkörper (25) beherrschten Wasserdurchsatz durch den Ventilsitz (24) hindurchkommt. Abhängig von dem Sollwert des Reglers (7), der über die Handhabe (37) und die Zahnräder (39) und (40) am Potentiometer (14) eingestellt wird, resultiert ein bestimmter Öffnungsgrad des Ventils (5), um den Sollwert zu erreichen beziehungsweise aufrechtzuerhalten.

Zwischen dem maximalen Durchsatz im Wasserweg und dem Temperaturregler ist nun eine Kopplung vorhanden. Diese Kopplung liegt in der Verstellung des Zusatzwasserwegs über den Ventilsitz (24). Dieser Zusatzwasserweg kann von der Handhabe (37) vorgegeben werden und ist abhängig von der Wassereinlauftemperatur, gefühlt durch den Temperaturfühler (16). Ein Sinken der Wassereinlaßtemperatur führt dazu, daß der Ausdehnungsgrad des Balges (18) verkleinert wird. Damit entfernen sich die Hebelarme (29) und (34) voneinander, wodurch der Ventilkörper (25) vermehrt in den Sitz (24) eingefahren wird. Damit wird der Bypass-Wasserweg durch die Strecke (19) angedrosselt.

Wird eine bestimmte Auslauftemperatur des aufzuheizenden Wassers am Sollwert-Geber (14) voreingestellt, so resultiert hiermit automatisch eine Einflußnahme auf den höchstmöglichen Wasserdurchsatz. Die Kopplung wird so vorgenommen, daß die Höhe der Auslauftemperatur Vorrang gegenüber dem Wasserdurchsatz hat Reicht demgemäß die Maximalleistung des vom Regler freigegebenen Gasdurchsatzes nicht aus, die Auslauftemperatur zu halten, so wird automatisch, bedingt durch die Kopplung, über die Zahnräder (39) und (40) der Wasserdurchsatz beschränkt, da dann der Bypass-Wasserweg über den Zweig (19) vermindert wird.

Die Kopplung zwischen Temperaturregler und Wasserdurchsatz-Begrenzer ist so ausgestaltet, daß sie der Funktion 1 ^Soll = c x-

Qmax

gehorcht, wobei die Auslauftemperatur in °C, Qmax der maximale Wasserdurchsatz in dm3 min'* und C eine Konstante bedeuten. Bevorzugt liegt die Konstante im Bereich von 100... 500 dm^ °C min"1.

Wesentlich ist für die Erfindung, daß in die Verkleinerung des Wasserdurchsatzes auch der Einfluß der Einlaßtemperatur eingeht, so daß auch eine Verminderung der Einlaßtemperatur zu einer Verminderung des maximal möglichen Wasserdurchsatzes führt. Der Kopplungsfaktor beziehungsweise die Größe der Konstante C sind definiert durch die Kennlinie des Potentiometers.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur zwei handelt es sich um einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, der demgemäß keinen Gasbrenner, sondern eine Mehrzahl von Blankdrahtwiderständen (50) aufweist, die in einem oder mehreren parallel und/oder in Serie liegenden Wasserkanälen eines Kunststoffkanalblocks untergebracht sind. Diese Kanäle liegen im Zuge der Wasserleitung (8). Einige oder alle der Blankdrahtwendeln (50) liegen an einem Ende unmittelbar an einem Außenleiter (LI) oder über einen Triac (51) an einem anderen -3-

Claims (3)

1. Nr. 391 366 Außenleiter (L2). Die Steuerelektrode (52) des Triacs ist vom Regler (7) als Stellausgang beherrscht. Wesentlich ist weiterhin im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur eins, daß der Lagerpunkt (31) des zangenartigen Elements (30) nicht gehäusefest, sondern einstellbar ausgestaltet ist. Das Lager (31) ist als Stange ausgebildet und mit einer Zahnstange (53) verbunden, die gegenüber dem Gehäuse über Lagerblöcke (54) gleitend verschiebbar abgestützt ist. Die Zahnstange kann mittels des Zahnrades (55) verschoben werden. Dieses Zahnrad ist auf der Welle (36) befestigt, die mit der Handhabe (37) verdrehbar ist. Die Welle ist über ein Gewinde (42) im Gehäuse (2) verschiebbar gelagert. Es kann ein weiteres Zahnrad (39) vorhanden sein, das mit dem Zahnrad (40) korrespondiert, mit dem das Potentiometer (14), der Sollwert-Geber, verstellt wird. Zur Wirkungsweise des Aufbaus des Durchlauferhitzers nach Figur zwei wird auf die Diagramme der Figur drei verwiesen. Hier sind drei Kurvenzüge (60,61 und 62) dargestellt, die das Verhalten des auf der Abszisse aufgetragenen Wasserdurchsatzes (Qw) in dirr min'1 von der Auslauftemperatur in °C darstellt. Streng genommen ist eigentlich auf den Wassermassendurchsatz M (dM) abzustellen, da dieser mit der Dimension dt g x min'* und mit der Dimension g x min'^ und dem Durchsatz (Qw) über die in sich temperaturvariable spezifische Wärme gekoppelt ist. Den drei Kurven liegt als Parameter die Wasssereinlauftemperatur zugrunde, die bei der Kurve (60) 15 °C, bei der Kurve (61) 10 °C und bei der Kurve (62) 5 °C beträgt. Die Kurven stellen jeweils die Eeistungshyperbel des Durchlauferhitzers beziehungsweise seiner Wärmequelle dar. Wird beispielsweise durch Öffnen des Zapfventils bei einer Wassereinlaßtemperatur von 5 °C ein Durchsatz von 5 1/min vorgegeben, so resultiert eine Wasserauslauftemperatur von etwa 62°. Wird der Hahn bei konstantbleibender Einlauftemperatur weiter aufgedreht, so sinkt die Auslauftemperatur gemäß der Kurve (62). Arbeitet der Durchlauferhitzer nun zum Beispiel auf der Kurve (62) und ist ihm eine nicht zu unterschreitende Auslauftemperatur von 40 °C vorgegeben, so ist es aufgrund der konstanten maximalen Leitung von 21 kW nicht möglich, Durchsätze von mehr als 8 1/21 Wasser in der Minute aufzuheizen. Das Durchsatzstellalied 24/25 im Zweigweg (19) beginnt zu schließen und reduziert die Durchsätze auf den Durchsatz, der bei der vorgegebenen Maximalleistung noch auf die vorgegebene Wasser-Soll-Auslauftemperatur erhitzt werden kann. Es ist hierbei nicht notwendig, daß sich als neuer Arbeitspunkt ein solcher auf die Kurve (62) einstellt, auch der Bereich der Kurve (62) kann hierbei unterschritten werden. Es zeigt sich aber, daß die Korrektur des Durchsatzes um so kleiner wird, je geringer die Auslaufdurchsätze werden. So ist die Korrektur im Bereich zwischen 8 und 101/min wesentlicher größer als im Bereich zwischen 5 1/2 und 6 1. Dennoch wird die gleiche Auslauftemperatur beibehalten. Aus diesem Grund ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur zwei das Lager (31) der Zange verschiebbar ausgeführt, so daß die Spreizung der Zange immer mehr zur Auswirkung kommt, je höhere Durchsätze am Sollwert-Steller (37) eingestellt werden. Die Spreizung der Zange selbst wird durch die Einlauftemperatur bewirkt. Je höher der Temperatur-Soll-Wert ist, um so niedriger ist die Spreizung der Zangenarme, das heißt, um so mehr wird der Durchsatz am Wasser im Zweigweg (19) gedrosselt. Gleichfalls wird der Durchsatz im Zweigweg um so mehr gedrosselt, je höher der Durchsatz ist, der am Handrad (37) eingestellt ist. PATENTANSPRÜCHE 1. Wasserdurchlauferhitzer mit einer mit elektrischem Strom oder Brennstoff beheizten Wärmequelle, einer Einrichtung zum Beeinflussen des Durchsatzes an Wasser sowie einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Temperatur dieses Wassers, die beide miteinander gekoppelt sind, so daß zum Aufrechterhalten der Soll-Auslauftemperatur bei bereits eingestellter Maximalwärmeleistung der Durchsatz gedrosselt wird und die Kopplung folgender Beziehung gehorcht: ^Soll = C : imax -4- Nr. 391 366 wobei die Auslauftemperatur in °C, Qmax der maximale Fluiddurchsatz und C eine Konstante bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Kopplung ein zangenartiges Glied (30) mit zwei doppelarmigen Hebeln (29/33) und (34/38) vorgesehen ist, von denen zwei Hebelarme (33, 38) mit einem einem Temperaturfühler (16) im Wassereinlaß (9) zugehörigen Weggeber (18) verbunden sind, während die 5 beiden anderen Hebelarme (29, 34) des zangenartigen Gliedes (30) einmal mit dem Soll-Wertgeber (37) und zum anderen mit einer Stange (26) gekoppelt sind, mit der der Wasserdurchsatz über ein mit ihr verbundenes Ventil beeinflußbar ist.
2. 2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerpunkt (31) des zangenartigen 10 Glieds (30) im Gleichlauf mit der Verstellung des Soll-Wertes für die Auslauftemperatur verschiebbar gestaltet ist. Hiezu
3. 3 Blatt Zeichnungen 15