DE10054615A1 - Heizlüftereinheit mit Laststeuerung - Google Patents

Abstract

Ein elektrisches Heizgerät mit im wesentlichen konstanter Lastimpedanz wurde geschaffen. Das Heizgerät besteht aus zwei Teilen, nämlich einer ersten und einer zweiten Heizeinrichtung. Die erste Heizeinrichtung ist unterbrochen eingeschaltet, um den Hauptanteil der Wärme zu liefern. Eine zweite Heizeinrichtung wird wahlweise aktiviert, um geringfügig mehr Wärme ans Medium zu liefern und dadurch das Medium auf die angestrebte Temperatur zu erwärmen. Die Austrittstemperatur des erwärmten Mediums wird aufrechterhalten, indem das Tastverhältnis der zweiten Heizeinrichtung gesteuert wird. Stärkere Temperaturänderungen werden dadurch bewerkstelligt, dass die von der ersten Heizeinrichtung kontinuierlich abgegebene Leistung geändert wird. Die größte Wärmesteuerung wird erzielt, indem die erste und die zweite Heizeinrichtung als Untermengen aus einer Gruppe von auswählbaren Heizelementen gebildet werden. Ein Verfahren zum Minimieren von Lastschwankungen beim Betrieb eines elektrischen Geräts hoher Leistungsaufnahme wird ebenfalls bereitgestellt.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Heizgeräte mit erzwungener Luftkonvektion und insbesondere auf ein elektrisches Gerät hoher Leistungsaufnahme, bei dessen Energieversorgung Lastschwankungen minimiert werden, um das Flackern von Licht zu verhindern.

Das elektrische Zuschalten eines Geräts hoher Leistungsaufnahme führt oft zu einem momentanen Spannungsabfall in der betreffenden Stromversorgung, zum Beispiel wenn die Lampen beim Einschalten eines Kühlschranks kurzzeitig dunkler werden. Diese plötzlichen Lastwechsel können sogar Spannungsstöße auslösen, die Sicherungen zum Schmelzen bringen oder andere elektrische Bauteile im Versorgungsstrang beschädigen. Wenn die Belastung des Versorgungsnetzes durch ein elektrisches Gerät hoher Leistungsaufnahme sich schnell ändert, kann es zu einem spürbaren Flackern der elektrischen Beleuchtung kommen.

Verschiedene elektrische Haushaltsgeräte verursachen große Spannungsschwankungen, die zumindest ärgerlich sind und oftmals den Betrieb von Computerausrüstungen und Monitoren stören. Zu diesen elektrischen Heizgeräten hoher Leistungsaufnahme zählen Bügeleisen, elektrische Bratpfannen, Skillets, Woks, Fonduetöpfe, Waffeleisen, Toaster, Haartrockner, tragbare Heizgeräte und elektrische Heizdecken.

Noch besorgniserregender ist die Störwirkung elektrischer Geräte hoher Leistungsaufnahme in medizinischen Umgebungen. Elektrische Heizlüfter werden häufig verwendet, um Patienten während einer Operation warmzuhalten. Es ist jedoch bekannt, dass Ärzte die Heizgeräte ausgeschaltet lassen, um die schädliche Wirkung flackernden Lichts zu vermeiden.

Eine typische Heizlüftereinheit besteht aus einem Gebläse, einem Heizorgan und einer Temperatursteuereinrichtung. Die Temperatursteuereinrichtung regelt die dem Heizorgan zugeführte Leistung so, dass die Lufttemperatur beim Austritt aus dem Heizorgan oder an einem anderen Messpunkt bei einem festen Sollwert gehalten wird. Im allgemeinen ist das Heizorgan des Heizgeräts so dimensioniert, dass seine Heizleistung viel höher als zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Lufttemperatur erforderlich ist. Die hohe Heizleistung ermöglicht dem Heizgerät, thermische Anforderungen des eingeschwungenen Zustands in einem breiten Bereich von Umgebungstemperaturen zu erfüllen. Ferner wird die zur Erreichung der Soll-Temperatur benötigte Zeit minimiert.

Zum Regeln der dem Heizgerät zugeführten Leistung stehen mehrere Strategien zur Verfügung, und eine der gebräuchlichsten ist als Pulsbreitenmodulation bekannt. Pulsbreitenmodulation arbeitet in der Weise, dass an das Heizgerät die volle Versorgungsspannung als Rechteckkurve angelegt wird. Das Tastverhältnis (das Verhältnis der Einschaltdauer zur vollständigen Periode) wird von der Steuereinrichtung so variiert, dass der zeitliche Mittelwert der dem Heizorgan zugeführten Leistung die Soll-Temperatur aufrechterhält.

Ein dem Pulsbreitenmodulationsverfahren anhaftendes Problem besteht in seinem Potential zu einer äußerst starken periodischen Netzbelastung, die mit jedem Übergang der Steuereinrichtung zu einem "Ein"-Zyklus auftritt. Bei einem typischen Heizgerät wird gesamte Heizlast (ungefähr 0,8 bis 1,2 kW) mit einem Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet, das proportional zum Produkt aus Luftmassenstrom und erforderlichem Temperaturhub ist. Das Schalten einer Last dieser Größenordnung hat zur Folge, dass in den Versorgungsleitungen ein hoher Stoßstrom fließt. Infolge der Versorgungsleitungsimpedanz sinkt die Spannung im Versorgungsnetz ab, wenn diese großen Stromstöße auftreten. Dieser Spannungsabfall kann ein wahrnehmbares Flackern jeder Lampe verursachen, die an derselben Versorgungsleitung wie das Heizgerät angeschlossen ist.

Es sind mehrere Verfahren bekannt, die eingesetzt werden können, um das Flackern zu minimieren. Jedoch haben alle diese Verfahren gewisse Nachteile, die sie in der einen oder anderen Hinsicht ungeeignet machen.

Ein Verfahren beinhaltet eine Verringerung der Schaltfrequenz auf unter 0,2 Hz (ein Übergang alle 5 Sekunden oder später). Diese Schaltfrequenz scheint eine Schwelle darzustellen, unterhalb der die meisten Menschen kein Flackern wahrnehmen. Da jedoch die Schaltperiode sehr lang ist, ist es nicht möglich, die Lufttemperatur des Heizgeräts innerhalb eines annehmbaren Bereichs zu halten.

Ein anderes Verfahren beinhaltet, dass die an die Heizlast gelieferte Leistung mit einer Frequenz geschaltet wird, die gleich der Netzfrequenz ist. Dieses Verfahren erfordert eine spezialisierte Schaltungsanordnung, die die Schaltfrequenz auf die angelegte Netzfrequenz, typischerweise einen Wert zwischen 50 und 60 Hz, synchronisiert. Dieses Verfahren ist sehr wirksam beim Beseitigen von Flackern. Jedoch erzeugt wegen der relativ hohen Stromänderungsgeschwindigkeit auch dieses Verfahren eine große Menge an elektromagnetischen Emissionen, die mit kostenaufwendigen und massiven Filterschaltkreisen unterdrückt werden müssen.

Es wäre vorteilhaft, wenn ein Heizgerät hoher Leistungsaufnahme entwickelt werden könnte, das auf die Versorgungsleitung wirkende Lastschwankungen minimieren würde.

Es wäre vorteilhaft, wenn Heizlüfter entwickelt werden könnten, die kein spürbares Flackern der Beleuchtung hervorrufen. Es wäre vorteilhaft, wenn dieser Heizlüfter zur Verwendung unter Krankenhausbedingungen verfügbar wäre.

Es wäre vorteilhaft, wenn ein "flackerfreies" Heizgerät entwickelt werden könnte, das in der Lage wäre, in einem breiten Temperaturbereich zu arbeiten und auf die Auswahl eines neuen Sollwerts oder eine Änderung der Eintrittstemperatur schnell reagieren könnte.

Kurzfassung der Erfindung

Dementsprechend wird ein Konvektionsheizgerät geschaffen, das eine im wesentlichen konstante Last darstellt, um Lichtflackern zu minimieren.

Das Heizgerät besteht aus zwei Grundelementen, nämlich einer (ersten) Grobheizeinrichtung und einer (zweiten) Feinheizeinrichtung. Die erste Heizeinrichtung verbraucht und verbreitet den größten Teil der Leistung und erwärmt ununterbrochen die Luft auf eine erste Temperatur nahe der Soll-Austrittstemperatur. Die zweite Heizeinrichtung erwärmt die Luft variabel. Die Kombination aus der ersten und der zweiten Heizeinrichtung erhöht die Lufttemperatur von der ersten Temperatur auf die Soll-Temperatur. Auf diese Weise bleiben die Schwankungen der Heizlast vergleichsweise gering.

Typischerweise ist die von der ersten Heizeinrichtung abgestrahlte Leistung wenigstens zweimal so hoch wie die der zweiten Heizeinrichtung. Das kritische Merkmal besteht jedoch darin, dass die Spitzenleistung der zweiten Heizeinrichtung minimiert wird, zum Beispiel auf eine Spitzenleistung von weniger als 200 Watt. Die variable Belastung durch ein solches Element niedriger Leistungsaufnahme erzeugt kein wahrnehmbares Lichtflackern.

Im einfachsten erfindungsgemäßen Fall sind die erste und die zweite Heizeinrichtung jeweils ein Einzelelement. In manchen erfindungsgemäßen Fällen weist die erste Heizeinrichtung mehrere Stufen auf. Nach Bestimmung der Soll- Austrittstemperatur wird diejenige Stufe der ersten Heizeinrichtung ausgewählt, die nahe am Sollwert liegt, ohne ihn zu übersteigen. Die zweite Heizeinrichtung wird dann dazu verwendet, den Unterschied zwischen der von der ersten Heizeinrichtung gelieferten Wärme und der Soll- Austrittstemperatur auszugleichen. In manchen erfindungsgemäßen Fällen werden die Stufen der ersten Heizeinrichtung dynamisch variiert, um sich der Zieltemperatur schneller anzunähern und die Wärmedifferenz zu minimieren, die von der zweiten Heizeinrichtung geliefert werden muss.

Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung bestehen die erste und die zweite Heizeinrichtung jeweils aus einer Mehrzahl von Heizabschnitten. Das heißt, die erste Heizeinrichtung ist eine aus der Mehrzahl von Heizabschnitten ausgewählte erste Kombination von Heizabschnitten, und die zweite Heizeinrichtung ist eine zweite Kombination. Jeder Heizabschnitt aus der Mehrzahl von Heizabschnitten strahlt ein anderes Spitzenleistungsniveau ab, wobei der Unterschied in Stufen von weniger als ungefähr 200 Watt abgestuft ist. Je nach gewünschter Betriebstemperatur und Umgebungsbedingungen aktiviert die Heizsteuereinrichtung wahlweise jedes der Heizelemente. Eine erste Spitzenleistung wird von der ersten Heizeinrichtung während eines gesamten Zeitzyklus erzeugt, und ein zweiter Spitzenleistungswert tritt während des Zyklus intervallweise auf. Das Niveau der ersten und der zweiten Leistung ist dynamisch, so dass die Absolutwerte der ersten und der zweiten Spitzenleistung sich mit jedem Zyklus ändern können.

Ferner wird ein Verfahren zum Einstellen der durch ein Gerät hoher Leistungsaufnahme dargestellten Last angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
eine erste Spitzenleistung wird kontinuierlich an ein Medium abgegeben; und
eine zusätzliche Spitzenleistung wird periodisch an das Medium abgegeben.

Die zusätzliche Spitzenleistung wird so ausgewählt, dass sie klein ist. Durch Abgabe der ersten Spitzenleistung wird eine Austrittstemperatur erzeugt, die ungefähr die Soll- Temperatur des Mediums ist. Durch periodische Zugabe einer zusätzlichen Spitzenleistung wird die Soll-Temperatur erzeugt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren

Fig. 1a und 1b sind schematische Darstellungen des zwei Elemente umfassenden Konzepts des erfindungsgemäßen Konvektionsheizgeräts, zu dessen Eigenschaften die Unterdrückung von Lichtflackern gehört.

Fig. 2 veranschaulicht Beispiele für erste Tastverhältnismuster, die verwendet werden, um die Aktivierung der ersten und der zweiten Heizeinrichtung zu steuern.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur schematischen Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Gesichtspunkts, der eine mehrstufige erste Heizeinrichtung betrifft.

Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Steuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 veranschaulicht eine mehrstufige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgeräts.

Fig. 6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Heizverfahrens.

Fig. 7 zeigt eine Einzelheit des durch Fig. 6 beschriebenen Verfahrens.

Fig. 8 veranschaulicht einen Gesichtspunkt des in Fig. 7 beschriebenen Verfahrens, der eine auswählbare erste Spitzenleistung betrifft.

Fig. 9 veranschaulicht einen Gesichtspunkt des in Fig. 8 beschriebenen Verfahrens, der eine dynamische erste und zweite Spitzenleistung betrifft.

Fig. 10 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Steuern eines drei Elemente aufweisenden Heizgeräts mit einem zehn Bit breiten Steuerwort.

Fig. 11 ist eine zeichnerische Darstellung des zehn Bit breiten Steuerworts.

Fig. 12 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines alternativen Gesichtspunkts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Minimieren von Schwankungen der Leistungsaufnahme.

Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Fig. 1a und 1b sind schematische Darstellungen des zwei Elemente umfassenden Konzepts des erfindungsgemäßen Konvektionsheizgeräts, zu dessen Eigenschaften die Unterdrückung von Lichtflackern gehört. In Fig. 1a umfasst ein Heizgerät 10 eine erste Heizeinrichtung 12 zum kontinuierlichen erwärmen eines Mediums auf eine erste Temperatur. Der Eintritt des unerwärmten Mediums in das Heizgerät 10 ist durch den Pfeil dargestellt, der mit dem Bezugszeichen 14 markiert ist. Eine zweite Heizeinrichtung 16 erwärmt zusammen mit der ersten Heizeinrichtung 12 das Medium auf eine zweite Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist. Der Austritt des auf die zweite Temperatur gebrachten Mediums aus dem Heizgerät 10 ist durch den Pfeil dargestellt, der mit dem Bezugszeichen 18 markiert ist.

Die Erfindung wird grundsätzlich dadurch verwirklicht, dass wenigstens zwei unabhängige Heizeinrichtungen in demselben Luftstrom, Medium oder Fluidstrom angeordnet werden. Die erste Heizeinrichtung, als Grobheizeinrichtung 12 bezeichnet, arbeitet ununterbrochen und ist so dimensioniert, dass sie genug Leistung abgibt, um die Temperatur des eintretenden Medienstroms 14 bis auf wenige Grad an einen gewünschten Sollwert anzuheben. Die zweite Heizeinrichtung, als Feinheizeinrichtung 16 bezeichnet, ist eine Heizeinrichtung relativ geringer Leistung. Im Normalbetrieb sind beide Heizeinrichtungen 12 und 16 aktiviert, aber nur die Leistung der zweiten Heizeinrichtung 16 wird geregelt, um die Soll- Austrittstemperatur des Mediums aufrechtzuerhalten.

Die erste Heizeinrichtung 12 gibt eine erste Spitzenleistung ab. Die Kombination aus erster Heizeinrichtung 12 und zweiter Heizeinrichtung 16 gibt eine zweite Spitzenleistung ab, die größer als die erste Spitzenleistung ist. Die zweite Heizeinrichtung 16 gibt eine dritte Spitzenleistung ab, die die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spitzenleistung ist. Da die von der zweiten Heizeinrichtung 16 aufgenommene Leistung relativ gering ist, wird die periodische Belastung des Versorgungsnetzes sowie der damit einhergehende Spannungsabfall minimiert. In manchen Ausführungsformen der Erfindung kann die von der ersten Heizeinrichtung 12 abgegebene Leistung zwei- oder dreimal so hoch wie die von der zweiten Heizeinrichtung 16 abgegebene Leistung sein, oder sogar noch höher. Wichtiger ist jedoch die Tatsache, dass die zweite Heizeinrichtung 16 eine Spitzenleistung von weniger als ungefähr 200 Watt abgibt. Nach manchen Gesichtspunkten der Erfindung gibt die zweite Heizeinrichtung eine Spitzenleistung von weniger als ungefähr 130 Watt ab. Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung ist das Heizgerät 10 binär; binär deshalb, weil es nur zwei Heizelemente gibt und weil das erste Element 12 das zweifache Spitzenleistungsniveau des zweiten Elements 16 aufweist.

Eine Steuereinrichtung 20 hat einen Ausgang auf einer Leitung 22, um Temperatursteuerbefehle auszugeben. Die zweite Heizeinrichtung 16 liefert auf einer mit der Steuereinrichtung 20 verbundenen Leitung 24 ein Eingangssignal. Die zweite Heizeinrichtung 16 variiert die intervallweise Leistungsabgabe in Abhängigkeit von Befehlen aus der Steuereinrichtung 20.

Die Steuereinrichtung 20 hat einen Eingang in Form der Leitung 24 zum Empfangen von Temperaturinformation. Ein erster Temperatursensor 26 misst die zweite Temperatur 18 am Ausgang 27 des Heizgeräts 10. Die zweite Temperatur ist typischerweise die Austrittstemperatur des Heizgeräts, jedoch kann die zweite Temperatur auch die Temperatur des Mediums an irgendeinem anderen Beobachtungspunkt im Heizgerät darstellen. Der erste Temperatursensor 26 hat einen Ausgang in Form der mit dem Eingang der Steuereinrichtung 20 verbundenen Leitung 24, um eine zweite Temperaturinformation zu liefern. Als Reaktion auf die zweite Temperaturinformation liefert die Steuereinrichtung 20 Temperatursteuerbefehle auf der Leitung 22. Die zweite Heizeinrichtung 16 variiert die intervallweise Leistungsabgabe in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung 20.

Im Zusammenhang mit der typischen Anwendung auf eine Heizlüftung (FAW: forced air warming) bleibt der Wärmebedarf im eingeschwungenen Zustand nahezu konstant, so dass die zweite Heizeinrichtung 16 darauf ausgelegt wird, nur einen Bruchteil der insgesamt benötigten Leistung zu liefern. Zum Beispiel sei eine Umgebungstemperatur von 20°C angenommen, und es werde eine Austrittstemperatur (zweite Temperatur) von 43°C angestrebt. Die Heizlüftereinheit liefert einen konstanten Luftstrom von 30 Kubikfuß pro Minute (14,2 Liter pro Sekunde). Wenn einfachheitshalber angenommen wird, dass keine weiteren Wärmeverluste auftreten, dann ist die zum Anheben der Lufttemperatur um 23°C erforderliche Leistung gegeben durch

Q = mc_pΔT

wobei

und

so daß

Die erste Heizeinrichtung 12 kann so dimensioniert werden, dass sie 320 Watt liefert (87% der Gesamtleistung), und die zweite Heizeinrichtung 16 so, dass sie 100 Watt liefert (zusammen also 114% der erforderlichen Gesamtleistung). In diesem Fall würde die erste Heizeinrichtung 12 die Lufttemperatur um 20,0 K (°C) auf 40°C anheben, und die kleinere Heizeinrichtung 16 würde den Rest liefern müssen. In der Praxis sind die Wärmeverluste nicht unerheblich, und beide Heizeinrichtungen müssten wahrscheinlich größer sein als hier berechnet, um die gesamte Bandbreite der Parameter Luftstrom, Umgebungstemperatur und Netzspannungsversorgung abzudecken, und es gibt unvermeidlich einen Kompromiss zwischen Leistung und Flackerunterdrückung. Um die ganze Bandbreite von Temperaturen zu erfassen, muss die erste Heizeinrichtung 12 so dimensioniert werden, dass sie die durch maximale Spannung, Umgebungslufttemperatur und niedrigen Luftstrom auferlegten Einschränkungen berücksichtigt, und dennoch genug Leistung haben, um die Temperatur bei niedriger Eingangsspannung, niedriger Umgebungstemperatur und großem Luftstrom zu steuern. Wenn eine zweite Heizeinrichtung höherer Leistung benötigt wird, können die Flackerunterdrückungseigenschaften des Heizgeräts verschlechtert werden. Weiterentwickelte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie weiter unten vorgestellt werden, wenden sich diesem Problem zu.

Die von den Heizeinrichtungen 12 und 16 abgegebene Spitzenleistung hängt vom Anwendungsfall ab. Im allgemeinen werden nicht mehr als ungefähr 200 Watt geschaltet, um ein wahrnehmbares Flackern zu vermeiden. Bei einer typischen Heizlüftereinheit beträgt die benötigte Eingangsleistung im eingeschwungenen Zustand ungefähr 500 bis 600 Watt. Wenn die erste Heizeinrichtung 12 eine Leistung von 500 Watt aufnimmt, dann beträgt ihr Strom I = P/E = 500/120 = 4,2 A. Ihr Widerstand bei 120 VAC beträgt R = E/I = 120/4,2 = 28,5 Ohm. Aus Gründen der Netzimpedanz wird oft ein Wert von 35 Ohm verwendet. Die Werte der zweiten Heizeinrichtung 16 betragen ungefähr 150 Watt und 96 Ohm. Die Durchschnittsleistung beträgt, wie oben bemerkt, ungefähr 600 Watt für eine Durchschnittsumgebung. Die Spitzenleistung kann für eine angemessen dimensionierte Heizkombination bis zu 1000 Watt betragen.

Fig. 2 veranschaulicht Beispiele für erste Tastverhältnismuster, die verwendet werden, um die Aktivierung der ersten und der zweiten Heizeinrichtung 12 bzw. 16 zu steuern. Die Steuereinrichtung 20 liefert auf der Leitung 22 (siehe Fig. 1a) Temperaturbefehle, die einem ersten Tastverhältnis eines breitenmodulierten Musters von Impulsen entsprechen. Wie in der Darstellung für den "eingeschwungenen Zustand" gezeigt, wird die zweite Heizeinrichtung 16 aktiviert, indem die Heizeinrichtung 16 wahlweise an eine (nicht dargestellte) elektrische Energiequelle angeschlossen wird. Deshalb gibt die zweite Heizeinrichtung 16 Leistung gemäß dem ersten Tastverhältnis der Pulsbreitenmodulation ab, und die zweite Temperatur 18 hängt von der Modulation der Pulsbreiten ab. Es sei bemerkt, dass der der Aktivierung der zweiten Heizeinrichtung 16 gewidmete Zeitanteil in den Zyklen 1 und 2 im eingeschwungenen Zustand ungefähr gleich ist, wie dargestellt. Jedoch kann die Aufteilung des Zyklus zwischen der ersten und zweiten Heizeinrichtung 12 bzw. 16 sich von Zyklus zu Zyklus ändern. Das heißt, die Breitenmodulation kann variieren, wie in der Darstellung für den "Dynamik"-Betrieb gezeigt.

Fig. 1b zeigt ein Heizrohr 28 zur Abgabe des erhitzten Mediums 18. Das Rohr 28 hat ein nahes Ende 29, das am Ausgang 27 des Heizgeräts 10 befestigt ist, und ein fernes Ende 30 zum Abgeben das aufgeheizten Mediums 18 an ein Ziel. Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung ist der erste Temperatursensor 26 am nahen Ende 29 angeordnet, wie in Fig. 1b gezeigt, um Komplikationen bei Aufbau, Verwendung und Wartung des Rohrs 28 zu verringern. Ferner besitzt des Heizgerät 10 einen Eingang 31, um das zu erhitzende Medium zu empfangen. Die Eingangstemperatur des Mediums ist als dritte Temperatur definiert. Ein zweiter Temperatursensor 32 misst die dritte Temperatur. Der zweite Temperatursensor 32 hat einen Ausgang in Form einer Leitung 33, die an der Steuereinrichtung 20 angeschlossen ist, um Information über die dritte Temperatur zu liefern. Die Steuereinrichtung 20 variiert die Temperatursteuerbefehle auf der Leitung 24 in Abhängigkeit von der Information über die dritte Temperatur, und die zweite Heizeinrichtung 16 variiert die abgegebene Leistung in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung 20. Alternativ ist der erste Wärmesensor 26 am fernen Ende 30 des Rohrs 28 angebracht (nicht dargestellt), und der zweite Temperatursensor 32 ist unnötig. Obzwar das Rohr 28 oft, insbesondere im medizinischen Anwendungsbereich, zusammen mit dem Heizgerät 10 verwendet wird, ist es in den nachstehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung im Interesse der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur schematischen Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Gesichtspunkts, der eine mehrstufige erste Heizeinrichtung 12 betrifft. Da das Heizgerät erhitzte Luft bei mehreren unterschiedlichen Austrittstemperaturen erzeugen und in einem angemessen breiten Bereich von Umgebungseintrittstemperaturen arbeiten muss, ist eine einzelne erste Heizeinrichtung 12 mit festem Wert nicht immer angemessen. Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die erste Heizeinrichtung 12 eine mehrere Anzapfungen bildende, mehrstufige Anordnung oder eine Mehrzahl von Elementen, die durch Elemente 12a, 12b und 12c dargestellt sind. Bei Auswahl einer diskreten Soll-Temperatur wird der passende Abschnitt (oder die passenden Abschnitte) 12a, 12b oder 12c aktiviert. Der Widerstand des Elements 12c und die von ihm abgegebene Leistung ist typischerweise größer als der Widerstand des Elements 12b. In gleicher Weise ist der Widerstand des Elements 12b typischerweise größer als beim Heizelement 12a. Alternativ können alle Elemente 12a, 12b und 12c den gleichen Spitzenleistungswert abgeben, so dass Änderungen der ersten Spitzenleistung sich aus einer gleichzeitigen Aktivierung mehrerer Elemente ergeben.

Die mehrere Anzapfungen bildenden oder mehrstufigen Elemente 12a, 12b und 12c liefern wahlweise eine erste Spitzenleistung aus einem Bereich von Spitzenleistungswerten. Die mehrstufige erste Heizeinrichtung 12 ist hier mit drei Abschnitten 12a, 12b und 12c dargestellt, aber die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Abschnitten beschränkt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bleibt die Funktion der zweiten Heizeinrichtung 16 im wesentlichen dieselbe, wie sie bei der Beschreibung der Fig. 1 erläutert wurde.

Mit anderen Worten liefert die erste Heizeinrichtung 12 ein wählbares erstes Spitzenleistungsniveau für den eingeschwungenen Zustand, das von den Elementen 12a, 12b und 12c abhängt. Die erste Heizeinrichtung 12 besitzt Eingänge in Form von Leitungen 34a, 34b und 34c, die dem Element 12a, 12b bzw. 12c entsprechen, um erste Temperaturauswahlbefehle zu empfangen und die erste Spitzenleistung auszuwählen. Die Steuereinrichtung 20 hat einen Ausgang, der mit dem Eingang der ersten Heizeinrichtung 12, nämlich den Leitungen 34a, 34b und 34c, verbunden ist, um Temperatursteuerbefehle auszugeben. In Abhängigkeit von Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung 20 gibt die erste Heizeinrichtung 12 eine ausgewählte erste Spitzenleistung für den eingeschwungenen Zustand ab.

Die Abschnitte 12a, 12b und 12c der ersten Heizeinrichtung können durch einen mechanischen oder elektrischen Schalter ausgewählt werden. Alternativ werden die Abschnitte der ersten Heizeinrichtung (wie gezeigt) über Leitungen 34a, 34b und 34c durch die Steuereinrichtung 20 geschaltet. Im einfachsten erfindungsgemäßen Fall bleibt das erste Heizelement (oder bleiben die ersten Heizelemente) konstant aktiviert, nachdem sie ausgewählt worden sind. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden jedoch die ersten Heizelemente 12a, 12b und 12c variiert, um auf optimale Weise die angestrebte Ausgangstemperatur des Mediums bei minimalem Beleuchtungsflackern zu erzeugen. Dann ist die Auswahl der ersten Heizabschnitte 12a, 12b und 12c dynamisch.

Es wird das Heizelement mit der höchstmöglichen Leistung ausgewählt, die das Medium nicht über die gewünschte Temperatur hinaus aufheizt, und die Austrittstemperatur des Mediums wird beobachtet. Wie oben bleibt die erste Heizeinrichtung für die Dauer des Betriebs eingeschaltet, wobei eine dynamische Auswahl des ersten Heizelements mit relativ kleiner Frequenz, zum Beispiel weniger als einer Änderung alle zehn Sekunden, erfolgt. Die erste Heizeinrichtung reagiert auf Befehle der Steuereinrichtung auf deren Ausgangsleitungen 34a, 34b und 34c, die Steuerbefehle liefern, die die Ausgänge mit der Zeit ändern. Die zweite Heizeinrichtung 16 wird noch immer, wie oben beschrieben, durch die Leitung 22 gesteuert, um die gewünschte Soll-Temperatur zu erreichen. Mit anderen Worten ist die erste Heizeinrichtung ständig eingeschaltet und erzeugt eine erste Spitzenleistung konstanten Niveaus. Jedoch darf die erste Heizeinrichtung (das erste Spitzenleistungsniveau) sich einmal pro Zyklus ändern, während die zweite Heizeinrichtung intervallweise innerhalb des Zyklus aktiviert wird.

Eine angestrebte oder Soll-Temperatur wird durch eine Vorgabeeinrichtung 35 ausgewählt, die über eine Leitung 36 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist, um Temperaturdaten zu liefern, die zum Regeln der zweiten Temperatur verwendet werden. Der vorliegende Aufbau ermöglicht, dass die zweite Heizeinrichtung 16 und somit der durch die Steuereinrichtung 20 in die zweite Heizeinrichtung 16 geschaltete Leistungswert unabhängig von der angestrebten Austrittstemperatur 18 relativ konstant und klein bleiben können.

Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung verwendet die Steuereinrichtung 20 eine Berechnung der Ableitung der zweiten Temperaturdaten, um Temperatursteuerbefehle zu liefern, die die richtigen ersten Heizelemente 12a, 12b und 12c auswählen. Bei dieser Berechnung werden aus der Vorgabeeinrichtung 35 und dem ersten Sensor 26 gewonnene Daten verwendet.

Das Heizgerät 10 umfasst auch eine elektrische Energiequelle 37, die über eine Leitung 38 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist. Ein Leitungsspannungssensor 39 misst die Leitungsspannung der elektrischen Energiequelle 37 auf der Leitung 38. Der Leitungsspannungssensor 39 hat einen Ausgang in Form einer Leitung 40, die an einem Eingang der Steuereinrichtung 20 angeschlossen ist, um Spannungsinformation zu liefern.

Die Steuereinrichtung 20 liefert Temperatursteuerbefehle auf den Leitungen 34a, 34b und 34c, die wahlweise die elektrische Energiequelle 37 mit den Heizabschnitten 12a, 12b bzw. 12c verbinden. Die Leistungsabgabe der Heizabschnitte 12a, 12b und 12c wird in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen gesteuert.

Die Steuereinrichtung 20 liefert Temperatursteuerbefehle, die durch eine Formel mit Proportional-, Integral- und Differentialanteil (PID) erzeugt werden, welche auf Temperaturvariablen reagiert, die der Steuereinrichtung 20 eingegeben werden. Die Temperaturvariablen umfassen die Informationen aus dem Sensor 26 (Austritts- oder zweite Temperatur 18 des Mediums), dem zweiten Sensor 32 (Eintritts- oder dritte Temperatur 14 des Mediums), und die Soll-Temperatur aus der Vorgabeeinrichtung 35. Die Heizabschnitte 12a, 12b und 12c variieren die abgegebene Leistung in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung 20.

Es gibt mehrere Verfahren, dem Algorithmus die eingegebenen Informationen zuzuführen. Ein Verfahren beinhaltet die Verwendung der Werte der Netzspannung, der Eintrittstemperatur und der angestrebten Austrittstemperatur, um die passenden Heizelementkombinationen zu wählen. Dieses Verfahren verwendet entweder eine Nachschlagtabelle oder eine Übertragungsfunktion zur Bewerkstelligung seiner Auswahl.

Ein anderer Steueralgorithmus wählt die geeigneten ersten und zweiten Heizeinrichtungen aufgrund einer Bestimmung der Ableitung der Austrittstemperatur. Dieses Verfahren hat gegenüber dem erstgenannten Verfahren den theoretischen Vorteil, dass es den Wert der Eintrittstemperatur nicht als einen der Eingangsparameter erfordert.

Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Steuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Die Steuereinrichtung empfängt Eingangssignale aus Sensoren, zum Beispiel dem ersten Sensor 26, dem zweiten Sensor 32, den Leitungsspannungssensor 39, und aus der Vorgabeeinrichtung 35. Ein Mikroprozessor 50 wertet die empfangenen Sensorsignale aus und gibt auf den Leitungen 52, 54, 55 und 56 Temperatursteuerbefehle aus. Versorgungsstrom erreicht die Steuereinrichtung 20 aus der Energiequelle 37 über Leitung 38 (oder wird anderweitig gesteuert). Die Versorgungsleitungen 38 sind mit elektrischen Isolierschaltern 57, 58, 59 und 60 isoliert oder bei manchen Ausführungsformen der Erfindung durch isolierte Spannungsversorgungen (nicht dargestellt) gegeben. Die Ansteuerung der Leitungen 34a, 34b und 34c (die zum Heizabschnitt 12a, 12b bzw. 12c führen, siehe Fig. 3) ist ein Ergebnis von Signalen auf den Signalleitungen 52, 54 bzw. 55. In gleicher Weise wird mit Hilfe eines Steuersignals auf der Leitung 56 die zweite Heizeinrichtung 16 bezüglich der Zeit dynamisch variiert. Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung steht ein Speichermedium 61 mit dem Mikroprozessor 50 in Verbindung, um Programmanweisungen und Steueralgorithmen bereitzustellen. Alternativ ist das Speichermedium 61 im Mikroprozessor 50 integriert (nicht dargestellt).

Fig. 5 veranschaulicht eine mehrstufige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgeräts. Ein neues Verfahren zum Minimieren der Anzahl von Heizstufen in der vorliegenden Erfindung wird verwirklicht, indem ein Heizgerät verwendet wird, das wenigstens zwei (oder mehr) Stufen aufweist. Fig. 5 zeigt ein Heizgerät 10 mit drei Stufen. Bei der einfachsten Ausführungsform wählt ein Algorithmus für die erste Heizeinrichtung die größtmögliche Last oder eine erste Kombination von drei verfügbaren Heizelementen aus. Der Algorithmus wählt dann eine zweite Kombination der drei Heizelemente aus, die als zweite Heizeinrichtung dienen soll. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es nun, dass sowohl die erste als auch die zweite Heizeinrichtung auswählbar sind, um Lastwechsel zu minimieren. Bevorzugter Algorithmus ist jeglicher PID-Schleifen-Algorithmus (mit Proportional-, Integral- und Differentialanteil).

Ein PID-Algorithmus prüft die Temperaturabweichung aus drei Perspektiven. Eine Proportionalanalyse prüft die Differenz zwischen Soll-Temperatur und gemessener Temperatur. Das Ergebnis ist eine Bestimmung des schnellsten Wegs zur Erreichung der Soll-Temperatur. Eine Integralanalyse prüft die akkumulierte Regelabweichung bei Annäherung und Erreichung des Gleichgewichts (d. h. der Soll-Temperatur). Sie trägt Genauigkeit im eingeschwungenen Zustand bei, indem sie gegen niederfrequente Fehler wirkt. Eine Differentialanalyse prüft die Änderungsgeschwindigkeit des Fehlers. Sie wirkt gegen die proportionale Berechnung, um ein Überschwingen oder Unterschwingen zu verhindern und Resonanzen zu dämpfen.

Die Erfindung nach Fig. 5 ist dynamisch bezüglich der Leistungsniveaus und Modulationszeiten. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird die Erfindung zunächst unter der Annahme dargestellt, dass die Leistungsniveaus der ersten und der zweiten Heizabschnitte konstant bleiben. Das heißt, das Leistungsniveau der ersten und der zweiten Heizeinrichtung ist nicht dynamisch. Wie weiter unten im einzelnen dargelegt, bieten die dynamischen Gesichtspunkte dieser Heizeinrichtungen jedoch großen Nutzen.

Das Heizgerät 10 besitzt eine Mehrzahl von wahlweise anschließbaren Heizelementen 62, 64 und 66, die über Leitungen 34a, 34b und 34c gesteuert werden. Die Betriebsweise der Steuereinrichtung 20 und die Verwendung der Leitungen 34a, 34b und 34c ähnelt der Betriebsweise, die oben bei der Erläuterung der Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Es sind drei Abschnitte 62, 64 und 66 gezeigt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Heizabschnitten beschränkt. Ferner sind die Heizabschnitte durch Widerstandselemente dargestellt, aber das Konzept der vorliegenden Erfindung ist auf viele andere Geräte hoher Leistungsaufnahme anwendbar. Relevanter wird das Konzept der ersten und zweiten Heizeinrichtung in den weiterentwickelten Steuerungsgesichtspunkten der Erfindung. Das Heizgerät 10 arbeitet in einer ersten Phase mit einer ersten Kombination von Heizabschnitten. Eine zweite Phase, die die Hinzunahme einer zweiten Heizeinrichtung zur ersten Heizeinrichtung bedeutet, wird durch eine zweite Kombination von Heizabschnitten dargestellt. Das heißt, die Heizeinrichtung der ersten Phase wird aus der wahlweise anschließbaren Mehrzahl von Heizelementen 62, 64 und 66 ausgewählt. In gleicher Weise wird die Heizeinrichtung der zweiten Phase, die Kombination aus erster und zweiter Heizeinrichtung, aus der wahlweise anschließbaren Mehrzahl von Heizelementen 62, 64 und 66 ausgewählt. Typischerweise wird der Unterschied der Spitzenleistung zwischen der Heizkombination der ersten Phase und der Heizkombination der zweiten Phase so klein wie möglich gewählt, um den Lastwechsel zu minimieren.

Das erste Heizelement 62 gibt eine Spitzenleistung ab; ein zweites Heizelement 64 gibt eine Spitzenleistung ab, die größer ist als die des ersten Heizelements 62; ein drittes Heizelement 66 gibt an das Medium eine Spitzenleistung ab, die größer ist als die des zweiten Heizelements 64; und es besteht die Möglichkeit, kein Heizelement zu wählen (d. h. keine Leistung abzugeben). Dann werden die erste und die zweite Heizeinrichtung aus der Gruppe ausgewählt, die aus dem ersten Heizelement 62, dem zweiten Heizelement 64, dem dritten Heizelement 66, Kombinationen des ersten Heizelements 62, des zweiten Heizelements 64 und des dritten Heizelements 66, und keinem Heizelement besteht. Wie oben gibt die Kombination aus erster und zweiter Heizeinrichtung eine zweite Spitzenleistung ab, die größer als die erste Spitzenleistung ist, welche durch die Kombination der Heizelemente der ersten Phase abgegeben wird. Die Differenz zwischen den Phasen, durch Aktivierung der zweiten Heizeinrichtung, ist eine dritte Spitzenleistung von weniger als ungefähr 200 Watt.

Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung der ersten Phase aus dem ersten und zweiten Heizabschnitt 62 und 64 bestehen, um eine erste Spitzenleistung zu erzeugen. Durch Einschalten der zweiten Heizeinrichtung zusätzlich zur ersten Heizeinrichtung wird die zweite Spitzenleistung erzeugt (die Heizeinrichtung der zweiten Phase); dies schließt das Auffinden der nächstgrößten Kombination von Heizabschnitten ein. Im vorliegenden Fall werden der erste und zweite Heizabschnitt 62 und 64 abgeschaltet, und der dritte Heizabschnitt 66 wird eingeschaltet, um die zweite Spitzenleistung zu erzeugen.

Typischerweise ist die Spitzenleistung des dritten Heizelements 66 ungefähr zweimal so groß wie die Spitzenleistung des zweiten Heizelements 64. Die Spitzenleistung des zweiten Heizelements 64 ist ungefähr zweimal so groß wie die Spitzenleistung des ersten Heizelements 62. Dieses gleiche Verhältnis gilt bei Verwendung von vier oder mehr Heizabschnitten.

Der Einfachheit halber wurde das Heizgerät nach Fig. 5 so beschrieben, dass es einen ersten und einen zweiten Spitzenleistungswert aufweist, die konstant bleiben, nachdem sie ausgewählt worden sind. Jedoch können der erste und zweite Spitzenleistungswert auch dynamisch variieren. Mit anderen Worten variieren die erste und die zweite Kombination der Mehrzahl von Heizelementen 62, 64 und 66 dynamisch bezüglich Spitzenleistung und Zeit. In der Situation mit dynamischer Änderung bleibt die erste Spitzenleistung ununterbrochen eingeschaltet, und die zusätzliche dritte Spitzenleistung wird der ersten Spitzenleistung intervallweise zugeschaltet, wie zuvor. Das dritte Spitzenleistungsniveau liegt unterhalb von 200 Watt. Nun aber können sich der Wert des ersten und der Wert des zweiten Spitzenleistungsniveaus in jedem Zyklus ändern. Zur Erörterung der "dynamischen" Betriebsweise sei wieder auf Fig. 2 verwiesen, gemäß der der Zyklus 1 mit eine zweiten Phase beginnt (erste plus dritte Spitzenleistung) und mit einer ersten Phase endet (nur erste Spitzenleistung). Die zweite Phase des Zyklus 2 kann bei einem anderen Leistungsniveau liegen als im Zyklus 1. Das heißt, die erste Spitzenleistung kann sich ändern.

Zum Beispiel beträgt im Zyklus 1 die zweite Spitzenleistung (erste plus dritte Spitzenleistung) 550 Watt, und das erste Spitzenleistungsniveau beträgt 400 Watt. Im Zyklus 2 beträgt die zweite Spitzenleistung 450 Watt und die erste Spitzenleistung 300 Watt. Die Leistung ändert sich von 550 Watt auf 400 Watt im Zyklus 1 und von 450 Watt auf 300 Watt im Zyklus 2. Keine der Leistungsänderungen, einschließlich der Änderungen zwischen den Zyklen, ist größer als 200 Watt. Es sei bemerkt, dass auch das zeitliche Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Phase dynamisch bleibt, da die Dauer der Einschaltzeit der zweiten und der ersten Phase sich zwischen dem Zyklus 1 und dem Zyklus 2 ändert.

Wie oben liefert die Steuereinrichtung 20 Temperatursteuerbefehle, die gemäß einer Proportional-Integral- Differential-(PID-)Formel aus den Eingangssignalen der Steuereinrichtung erzeugt werden. Die Mehrzahl von Heizelementen 62, 64 und 66 variieren die abgegebene Leistung in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung 20. Die von der Steuereinrichtung 20 gelieferten Temperatursteuerbefehle enthalten ein zweiteiliges Digitalwort. Jedes Heizelement aus der Mehrzahl von Heizelementen 62, 64 und 66 wird in Abhängigkeit von einem Bit im ersten Teil des Digitalworts gewählt, und das intervallweise Auftreten der zweiten Spitzenleistung reagiert auf den zweiten Teil des Digitalworts. Ein ausführlicheres Beispiel für eine dynamisch veränderliche Heizeinrichtung der ersten/zweiten Phase wird unten bei der Beschreibung der Fig. 10 vorgestellt.

Nun wird auf Fig. 5 Bezug genommen; in vielen Anwendungsfällen ist das zu erhitzende Medium Luft, obwohl das Konzept der vorliegenden Erfindung weiter reicht. Dann wird ein Ventilator oder Gebläse 80 bereitgestellt. Das Gebläse 80 fördert Luft zu den Heizabschnitten 62, 64 und 66.

Obwohl ein Zweck der Erfindung darin besteht, ein Flackern im Operationssaal während des Betriebs einer Konvektionsheizeinheit zu beseitigen, hat die Erfindung eine viel breitere Anwendbarkeit. Insbesondere könnte die Grunderfindung mit einer beliebigen Art von elektrischem Hochleistungsheizgerät verwendet werden, unabhängig von dem Wärmeübertragungsverfahren, das von dem Gerät benutzt wird. Andere medizinische Geräte, wie Fluidwärmer, matratzenartige Patientenwärmer mit zirkulierendem Fluid, (über dem Bett anzuordnende) Radiatoren für Neugeborene und Fußwärmer (tragbare Heizgeräte) können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ebenfalls "flackerfrei" gemacht werden.

Fig. 6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Heizverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird auch kurz auf Fig. 4 Bezug genommen; das Verfahren kann unter Verwendung eines Software-Programms durchgeführt werden, das eine Folge von Anweisungen enthält, die im Speichermedium 61 untergebracht sind und durch den Mikroprozessor 50 ausgeführt werden. Zwar sind die Schritte zum Zweck einer klareren Darstellung des Verfahrens numeriert, jedoch sollte aus der Numerierung keine Reihenfolge hergeleitet werden, außer wenn ausdrücklich festgehalten. Schritt 100 stellt ein zu erwärmendes Medium, zum Beispiel Luft, bereit. Schritt 102 gibt ununterbrochen eine erste Spitzenleistung an das Medium ab. Schritt 104 gibt an das Medium intervallweise eine zusätzliche Spitzenleistung, zusammen mit der ersten Spitzenleistung, ab. Schritt 106 betrifft ein Erzeugnis, nämlich ein Medium, das durch eine Kombination aus einer kontinuierlich arbeitenden und einer impulsweise arbeitenden Heizeinrichtung erhitzt wurde.

Der grundlegendste Mechanismus zur Temperatursteuerung liegt in der Variation des ersten Tastverhältnisses, das mit der intervallweisen zusätzlichen Spitzenleistung verbunden ist. Das heißt, Schritt 104 umfasst eine Abwandlung des intervallweisen Betriebs der zusätzlichen Spitzenleistung. Da das Verfahren jedoch zur Verwendung bei einer Anzahl von Eintritts- und Austrittstemperaturen gedacht ist, müssen typischerweise sowohl die Spitzenleistungsniveaus als auch die Zeiten des intervallweisen Betriebs variieren. Dann umfasst Schritt 102 das Auswählen der ersten Spitzenleistung aus einer Mehrzahl von Spitzenleistungsniveaus. Dadurch dass im Schritt 102 die erste Spitzenleistung eingestellt werden kann, können die mit Schritt 104 verbundenen Leistungsschwankungen minimiert werden. Die Kombination aus erster Spitzenleistung und intervallweiser Spitzenleistung ist als zweite Spitzenleistung definiert, und die intervallweise Spitzenleistung ist als dritte Spitzenleistung definiert, und Schritt 104 umfasst das Auswählen der zweiten Spitzenleistung zum Zweck einer Minimierung der dritten Spitzenleistung. Typischerweise gehört zum Schritt 104, dass die dritte Spitzenleistung unterhalb von ungefähr 200 Watt liegt.

Einige Ausführungsformen der Erfindung umfassen weitere Schritte. Schritt 105a, der das Ergebnis des Schritts 102 ist, erzeugt im wesentlichen eine angestrebte Temperatur im Medium. Schritt 105b, der das Ergebnis des Schritts 104 ist, erzeugt eine Austrittstemperatur, die die angestrebte Temperatur des Mediums ist.

Fig. 7 zeigt eine Einzelheit des durch Fig. 6 beschriebenen Verfahrens. Ein weiterer Schritt, Schritt 105c, misst Temperaturvariablen. Genauer ausgedrückt, misst Schritt 105c die gewünschte Temperatur über der Zeit. Schritt 104 umfasst ein Variieren das intervallweisen Betriebs der zweiten Spitzenleistung in Reaktion auf die in Schritt 105c gemessene Temperatur.

Fig. 8 veranschaulicht einen Gesichtspunkt des in Fig. 7 beschriebenen Verfahrens, der eine auswählbare erste Spitzenleistung betrifft. Schritt 102 umfasst den Gesichtspunkt, dass das erste Spitzenleistungsniveau wählbar ist, und Schritt 105d wählt das erste Spitzenleistungsniveau in Reaktion auf im Schritt 105c gemessene Änderungen der Soll- Temperatur über der Zeit.

Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung ist die erste Spitzenleistung dynamisch wählbar. Im Schritt 100 wird eine Steuereinrichtung bereitgestellt, zusammen mit einer Energieversorgung zur Versorgung der Mehrzahl von Heizelementen. Schritt 105c misst die Spannung der Energieversorgung, die Austrittstemperatur des Mediums, den Sollwert und die Temperatur des Umgebungsmediums. Der Schritt 105d umfasst dann den Vorgang, dass die Steuereinrichtung in Reaktion auf die im Schritt 105c erfolgte Messung der Versorgungsspannung, der Umgebungsmediumtemperatur, des Sollwerts und der Austrittsmedientemperatur ein erstes Spitzenleistungsniveau auswählt. Die Auswahl der zweiten Spitzenleistung im Schritt 104 folgt automatisch aus der Auswahl der ersten Spitzenleistung. Ferner umfasst Schritt 104 das Variieren des intervallweisen Betriebs des zweiten Spitzenleistungsniveaus in Reaktion auf die Messung der Variablen in Schritt 105c.

Fig. 9 veranschaulicht einen Gesichtspunkt des in Fig. 8 beschriebenen Verfahrens, der eine dynamische erste und zweite Spitzenleistung betrifft. Schritt 100 stellt eine Mehrzahl von Heizelementen bereit. Der Schritt 102 umfasst dann das Auswählen einer ersten Kombination von Heizelementen aus der Mehrzahl von Heizelementen, um die erste Spitzenleistung zu erzeugen, und Schritt 104 umfasst das Auswählen einer zweiten Kombination von Heizelementen aus der Mehrzahl von Heizelementen, um die zweite Spitzenleistung zu erzeugen. Wenn das zweite Spitzenleistungsniveau 200 Watt oder weniger beträgt, kann die erste Spitzenleistung null betragen. Das heißt, die erste Kombination von Elementen kann darin bestehen, keine Elemente auszuwählen.

Typischerweise stellt Schritt 100 wenigstens ein erstes, ein zweites und ein drittes Heizelement bereit, obwohl das Konzept auf mehr Heizelemente anwendbar ist. Das dritte Heizelement gibt eine Spitzenleistung ab, die größer als die des zweiten Heizelements ist, und das zweite Heizelement gibt eine Spitzenleistung ab, die größer als die vom ersten Heizelement abgegebene ist. Schritt 102 umfasst das Erzeugen der ersten Spitzenleistung aus Heizelementen, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Heizelement oder keinem Heizelement besteht. Schritt 104 umfasst das Erzeugen der zweiten Spitzenleistung aus Heizelementen, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Heizelement besteht. Wie oben schließt Schritt 104 ein, dass die dritte Spitzenleistung kleiner als ungefähr 200 Watt ist.

Schritt 100 umfasst das Merkmal, dass die Mehrzahl von Heizelementen wahlweise an eine Versorgungsspannung anschließbar sind. In Reaktion auf die Erzeugung der Temperatursteuerbefehle durch die Steuereinrichtung legt Schritt 105f die Mehrzahl von Heizelementen wahlweise an die Energieversorgung. Schritt 102 umfasst ein Auswählen aus der Mehrzahl von Heizelementen, um in Reaktion auf die Temperatursteuerbefehle ein erstes Spitzenleistungsniveau zu erzeugen. Schritt 104 umfasst ein Auswählen aus der Mehrzahl von Heizelementen, um ein zweites Spitzenleistungsniveau zu erzeugen, und das Variieren des intervallweisen Betriebs der zweiten Spitzenleistung in Reaktion auf die Temperatursteuerbefehle.

Da das zweite Spitzenleistungsniveau typischerweise die nächstgrößte verfügbare Leistungsstufe ist, folgt die Auswahl des zweiten Leistungsniveaus automatisch aus der Auswahl des ersten Leistungsniveaus. Deshalb hängt die Auswahl des ersten Spitzenleistungsniveaus direkt mit der Auswahl der zweiten Spitzenleistung zusammen. Alternativ könnte das erste Spitzenleistungsniveau aus der Auswahl eines zweiten Spitzenleistungsniveaus folgen.

Genauer ausgeführt wird in Schritt 105f ein zweiteiliges Digitalwort erzeugt, dessen erster Teil eine Mehrzahl von Bits aufweist, die jeweils einem Heizelement in der Mehrzahl von Heizelementen entsprechen. Der zweite Teil des Digitalworts schafft ein Zeitverlaufsmuster. Ferner umfasst Schritt 102 das Auswählen von Heizelementen in Abhängigkeit vom ersten Teil des Digitalworts. Schritt 104 umfasst das Variieren des intervallweisen Betriebs des zweiten Spitzenleistungsniveaus in Abhängigkeit vom zweiten Teil des Digitalworts. Die erste Spitzenleistung wird konstant gehalten, während die dritte Spitzenleistung intervallweise zur ersten Spitzenleistung addiert wird. Jedoch kann der tatsächliche Wert des ersten Spitzenleistungsniveaus (und daher das dritte Spitzenleistungsniveau) dynamisch angepasst werden.

Typischerweise beinhaltet der Schritt 100, dass die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Eingängen hat. Schritt 105c umfasst die Bereitstellung temperaturbezogener Variablen an die Steuereinrichtung, einschließlich der Austrittstemperatur des Mediums und des angestrebten Sollwerts der Temperatur. Schritt 105f erzeugt das Temperatursteuerwort in Abhängigkeit von den temperaturbezogenen Variablen unter Verwendung eines Proportional-Integral-Differential-(PID-)Algorithmus.

Fig. 10 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Steuern eines drei Elemente aufweisenden Heizgeräts mit einem zehn Bit breiten Steuerwort. In Schritt 200 wird die Steuereinrichtung gestartet, und in Schritt 202 wird ein Programm geladen. In Schritt 204 wird eine Soll- oder zweite Temperatur des Mediums eingegeben. In Schritt 206 liest die Steuereinrichtung die im Schritt 204 eingegebene Soll- Temperatur. In Schritt 208 werden die Daten des Austrittssensors gelesen. In Schritt 210 werden die Sensordaten zugeführt.

In Schritt 212 werden die Heizelemente ausgewählt und der Zeitverlauf der ersten und der zweiten Heizeinrichtung wird berechnet. In Schritt 214 werden die Berechnungen in ein zehn Bit breites Steuerwort umgewandelt, wobei die drei höchststelligen Bits (erstes Teilwort) auf das zweite Leistungsniveau eingestellt werden. Schritt 216 erzeugt ein erstes Teilwort, um das erste Leistungsniveau aus der Mehrzahl von Heizelementen zu aktivieren, wobei der Rest des Worts für die zeitliche Steuerung verwendet wird, nämlich für die anteilige "Ein"-Zeit des zweiten Leistungsniveaus bezüglich des ersten Leistungsniveaus.

Fig. 11 ist eine zeichnerische Darstellung des zehn Bit breiten Steuerworts. Der erste Teil des Digitalworts enthält drei Bits, wobei jedes Bit zur Steuerung der Aktivierung eines Heizabschnitts und somit zur Steuerung der abgegebenen Spitzenleistung verwendet wird. Im Beispiel nach Fig. 11 hat der erste Teil den Wert 4 (100). Das Bit "1" aktiviert das dritte Heizelement. Die beiden Nullen sperren das erste und das zweite Heizelement. Bei der Erzeugung des ersten Teils des Digitalworts werden eine erste Mehrzahl von Bits, in diesem Fall drei, erzeugt, wobei jedes Bit einem Heizelement entspricht. Pro Heizelement wird ein Bit verwendet. Wenn vier Heizabschnitte verwendet werden, würde der erste Teil des Digitalworts vier Bits umfassen. Alternativ kann der erste Teil des Worts (d. h. die Heizungssteuerbits) an anderen Bitstellen innerhalb des 10-Bit-Worts angeordnet sein, jedoch kann es sein, dass andere Stellen innerhalb des Worts einen getrennten Schiebeschritt erforderlich machen, der beim vorliegenden Schema vermieden wird.

Die Spitzenleistungszeitspanne wird vom zweiten Teil des Digitalworts gesteuert. Zur genauen Steuerung des Heizgeräts wird die Zeitsteuerung in zwei Halbzyklen der Energieversorgung unterteilt, wobei ein Versorgungszyklus in Nordamerika 1/60 Sekunde und in der restlichen Welt 1/50 Sekunde beträgt. Zum Beispiel in Nordamerika gibt es ungefähr 120 Halbzyklen pro Sekunde. Die Erzeugung des zweiten Teils des Digitalworts umfasst eine zweite Mehrzahl von Bits, im vorliegenden Fall sieben, deren Summe ein Zeitverlaufsmuster definiert. Die sieben niedrigststelligen Bits des zweiten Teils des Digitalworts werden dazu verwendet, 128 inkrementelle Schritte zu schaffen, wobei 120 der Schritte eine Sekunde gleichmäßig unterteilen. Bei dem in Fig. 11 gezeigten Beispiel wird das dritte Heizelement für eine Zählung oder Zeitdauer von 16/128 = 1/8 Sekunde (0010000) aktiviert. Die erste und die zweite Heizeinrichtung sind für den Rest des Zyklus, d. h. 7/8 Sekunden, eingeschaltet. Der erste Teil des Zyklus ist die zweite Phase, die sowohl die erste als auch die zweite Heizeinrichtung umfasst (zweite Spitzenleistung). Da 1/8 Sekunde 15 Halbzyklen bedeutet, wird die erste Heizeinrichtung vom Zählwert 16 bis zum Zählwert 120 aktiviert (erste Spitzenleistung), was die nächstkleinere Stufe der Leistungsabgabe ist.

Die Heizelemente sind um ungefähr gleiche Leistungsdifferenzen abgestuft, wobei jede Differenz weniger als 200 Watt beträgt. Die erste Heizeinrichtung bei diesem Beispiel wäre die Aktivierung sowohl des ersten als auch des zweiten Heizelements, während das dritte Heizelement gesperrt wird. Das heißt, ein erster Wortteil wird in der ersten Heizphase des Heizzyklus zu 011. Mit anderen Worten umfasst die Auswahl einer Spitzenleistungsabgabe das Variieren der Leistung zwischen einer ersten und einer zweiten Spitzenleistung, und die Auswahl einer Spitzenleistungszeitspanne umfasst das Auswählen einer ersten Zeitspanne für die erste Spitzenleistung und einer zweiten Zeitspanne für die zweite Spitzenleistung. Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Spitzenleistungsniveau beträgt weniger als 200 Watt.

Die zu regelnde Temperatur des Mediums wird in Schritt 210 durch einen geeigneten Sensor erfasst und nach Verstärkung einem Analog-Digital-Wandler zugeführt. Der digitale Wert dieser Temperatur wird mittels einer beliebigen Steuerungsformel verarbeitet, die eine beliebige PID-Steuerung oder sogar nur eine Proportionalsteuerung beinhaltet. Ein Ausgangswort wird erzeugt, das das erforderliche Leistungsniveau anzeigt.

Typischerweise gibt jeder Heizabschnitt die doppelte Spitzenleistung des nächstkleineren Heizabschnitts ab. Der zugehörige Leistungswert dieser Heizabschnitte wird im Binärformat dargestellt. Wenn die dritte Stelle von links einen Wert von "x Watt" hat, hat die zweite Stelle den Wert "2x Watt", und die erste Stelle hat einen Wert von "4x Watt". Die sieben rechten Stellen bilden den Digitalwert des Tastverhältnisses und werden nachstehend näher erläutert.

Unter der Annahme, dass die Einheit kalt startet, lautet das Digitalwort wie folgt:
111 (1111111) zweite Heizphase,
wobei die fettgedruckte Zahl den ersten Teil des Digitalworts und die in Klammern gesetzte Zahl den zweiten Teil des Worts darstellt. Alle drei Heizelemente sind eingeschaltet, mit einem Tastverhältnis von 128 aus 128. Die erste Heizphase umfasst null Zyklen. Die Auswahl der ersten (oder zweiten) Spitzenleistung umfasst das Aktivieren jedes Heizelements in Abhängigkeit vom zugehörigen Bit im ersten Teil des Digitalworts. Bis zu dieser Stelle der Erörterung wurde die vorliegende Erfindung als konstante Abgabe einer ersten Spitzenleistung und als intervallweise Abgabe einer zweiten, größeren Spitzenleistung dargestellt. Jedoch kann - wie im Beispiel nach Fig. 10 dargestellt - die Erfindung auch als Abgabe einer zweiten Spitzenleistung mit intervallweisen Leistungsabsenkungen auf ein erstes Spitzenleistungsniveau dargestellt werden.

Wenn sich das Heizgerät aufwärmt, wird weniger Leistung benötigt, und das Tastverhältnis wird verringert.
111 (1110111) zweite Heizphase.

Alle Heizelemente sind für 119/128 Sekunden eingeschaltet und:
110 erste Heizphase
das kleinste Heizelement ist für 9/128 Sekunden abgeschaltet.

Die ersten drei Bits des Steuerworts sind die Heizungssteuerbits, die die Steuereinrichtung auf individuellen Ein-/Ausgabeleitungen verlassen, um getrennte Heizelemente zu steuern. Der Rest des Steuerworts, die sieben rechten Bits, werden intern zurückgehalten, um das Tastverhältnis anzuzeigen (den zeitlichen Verlauf der drei linken Bits).

Mit zunehmender Erwärmung:
111 (0000001) zweite Heizphase.

Alle Heizelemente sind für 1/128 Sekunde eingeschaltet, und:
110 erste Heizphase
das kleinste Heizelement ist für 127/128 Sekunden abgeschaltet.

Im nächsten Reduktionsschritt:
111 (0000000) zweite Heizphase.

Das kleinste Heizelement ist immer abgeschaltet. Es gibt keine zweite Hälfte dieses Zyklus.

In den folgenden Schritten werden unterschiedliche Kombinationen von Heizelementen verwendet. Beide Teile jedes Zyklus werden nun auf derselben Zeile gezeigt. Mit fortschreitender Erwärmung:
110 (1111111) zweite Heizphase.

Dies bedeutet, dass das Leistungsniveau 6 immer eingeschaltet ist. Mit weiterer Erwärmung:

Zweite Phase
Erste Phase
110 (0000001) 1/128 sec	101 127/128 sec
AL=L<101 (1111111)

Dies bedeutet, dass die Bits 4 und 1 ständig eingeschaltet sind. Die in den Klammern angegebene Zahl entspricht dem Zeitanteil, für den die höhere Leistungseinstellung eingeschaltet ist. 128 minus dieser Zahl entspricht der Zeit, für die die niedrigere Leistungseinstellung gilt. (0000000) definiert einen Zustand, in dem kein Anteil des höheren Leistungsniveaus (die Leistung, die vor der Klammer angegeben ist) eingeschaltet ist. Deshalb ist die niedrigere Leistung die ganze Zeit eingeschaltet (für eine volle Sekunde).

Um das Beispiel fortzusetzen:

Zweite Phase
Erste Phase
101 (1111000) 120/128 sec	100 8/128 sec
101 (1110111) 119/128 sec	100 9/128 sec
101 (1110110) 118/128 sec	100 10/128 sec
AL=L<.
AL=L CB=3<.@	101 (0000001) 1/128 sec	100 127/128 sec
101 (0000000) 0 sec	100 kontinuierlich
100 (1110111) 119/128 sec	011 9/128 sec

Die 10 Bits wirken als ein zusammenhängendes Wort innerhalb des Mikroprozessors und bei allen Berechnungen. Die ersten drei Bits werden am Ausgang getrennt, um unmittelbar die Heizelemente zu betreiben, nach einigen Puffer/Trennverstärkern, siehe die Steuerleitungen 52, 54 und 55 der Fig. 4.

Nun wird wieder auf Fig. 10 Bezug genommen; Schritt 218 gibt die drei höchststelligen Bits aus (den ersten Teil des Worts), um die Heizelemente zu aktivieren. Wie oben bei der Beschreibung der Fig. 11 erläutert, prüft Schritt 220 das höchststellige Bit, und Schritt 222 aktiviert das dritte Heizelement, wenn das Bit eine "Eins" ist. In gleicher Weise prüft Schritt 224 das Bit der zweithöchsten Stelle, und Schritt 226 aktiviert das zweite Heizelement, wenn das Bit eine "Eins" ist. Schritt 228 prüft das Bit der dritthöchsten Stelle, und Schritt 230 aktiviert das erste Heizelement, wenn das Bit eine "Eins" ist. Schritt 232 prüft den mit dem zweiten Wortteil verbundenen Zeitverlauf und kehrt zur Erzeugung eines neuen Steuerworts zu Schritt 206 zurück.

Fig. 12 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines alternativen Gesichtspunkts des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Minimieren von Schwankungen der Leistungsaufnahme. Schritt 300 stellt ein Medium bereit. Schritt 302 gibt eine variable Spitzenleistung mit einem ersten Tastverhältnis an das Medium ab. Schritt 304, als Ergebnis des Schritts 302, liefert als Ergebnis ein auf eine konstante Temperatur erhitztes Medium.

Schritt 302 umfasst die abwechselnde Abgabe einer ersten Spitzenleistung und einer zweiten Spitzenleistung, die größer als die erste Spitzenleistung ist. Schritt 302 umfasst das Variieren des ersten Tastverhältnisses, während Schritt 304 das Beibehalten der konstanten Austrittstemperatur aufgrund der Variation des ersten Tastverhältnisses umfasst. Schritt 302 beinhaltet, dass die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spitzenleistung kleiner als 200 Watt ist.

Ein Verfahren zum Minimieren von Leistungsfluktuationen beim Belasten eines Geräts hoher Leistungsaufnahme wurde vorstehend vorgestellt. Die Ausführungsformen umfassen ein Heizgerät aus einer ersten Heizeinrichtung und gepulsten zweiten Heizelementen. Abwandlungen der Erfindung umfassen eine mehrstufige erste Heizeinrichtung. Ein mehrstufiges Heizgerät, bei dem die erste und die zweite Heizeinrichtung aus einer Mehrzahl von möglichen Heizelementen ausgewählt werden, bietet die größte Flexibilität. Einschlägige Fachleute werden weitere Varianten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres finden.

Claims (42)

1. Heizgerät mit:
einer ersten Heizeinrichtung zum ununterbrochenen Erwärmen eines Mediums auf eine erste Temperatur; und
einer zweiten Heizeinrichtung zum intervallweisen Erwärmen des Mediums, um zusammen mit der ersten Heizeinrichtung das Medium auf eine zweite Temperatur zu bringen, die größer als die erste Temperatur ist.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, bei dem die erste Heizeinrichtung eine erste Spitzenleistung abgibt und die Kombination aus erster und zweiter Heizeinrichtung eine zweite Spitzenleistung abgibt, die größer als die erste Spitzenleistung ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, bei dem die zweite Heizeinrichtung eine dritte Spitzenleistung abgibt, die die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spitzenleistung ist und kleiner als die erste Spitzenleistung ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 3, bei dem die zweite Heizeinrichtung weniger als ungefähr 200 Watt Spitzenleistung abgibt.

5. Heizgerät nach Anspruch 3, ferner mit:
einer Steuereinrichtung mit einem Ausgang zum Ausgeben von Temperatursteuerbefehlen;
wobei die zweite Heizeinrichtung einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Eingang besitzt und die intervallweise Abgabe von Leistung in Abhängigkeit von Befehlen aus der Steuereinrichtung variiert.

6. Heizgerät nach Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung Temperatursteuerbefehle mit Pulsen modulierter Breite gemäß einem ersten Tastverhältnis ausgibt; und bei dem die zweite Heizeinrichtung Leistung in Abhängigkeit von der Pulsbreitenmodulation gemäß dem ersten Tastverhältnis abgibt.

7. Heizgerät nach Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung einen Eingang zum Empfang einer Temperaturinformation aufweist, ferner mit:
einem ersten Temperatursensor zum Messen der zweiten Temperatur, wobei der erste Temperatursensor einen mit dem Eingang der Steuereinrichtung verbundenen Ausgang zum Bereitstellen einer zweiten Temperaturinformation aufweist;
wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der zweiten Temperaturinformation Temperatursteuerbefehle liefert; und
wobei die zweite Heizeinrichtung die intervallweise Leistungsabgabe in Abhängigkeit von Befehlen aus der Steuereinrichtung variiert.

8. Heizgerät nach Anspruch 7, bei dem die erste Heizeinrichtung eine Mehrzahl von Elementen umfasst, um eine wählbare erste Spitzenleistung bereitzustellen, wobei die erste Heizeinrichtung einen Eingang aufweist, um erste Temperaturauswahlbefehle zu empfangen und die erste Spitzenleistung auszuwählen;
wobei die Steuereinrichtung einen mit dem Eingang der ersten Heizeinrichtung verbundenen Ausgang aufweist, um Temperatursteuerbefehle auszugeben; und
wobei die erste Heizeinrichtung in Abhängigkeit von Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung eine ausgewählte erste Spitzenleistung abgibt.

9. Heizgerät nach Anspruch 8, bei dem der Ausgang der Steuereinrichtung erste Temperatursteuerbefehle liefert, die zeitlich veränderlich sind; und wobei die erste Heizeinrichtung die erste Spitzenleistung dynamisch in Abhängigkeit von den aus der Steuereinrichtung ausgegebenen Temperaturbefehlen variiert.

10. Heizgerät nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinrichtung die Ableitung der zweiten Temperaturinformation berechnet und Temperatursteuerbefehle in Abhängigkeit von einer Berechnung der Ableitung ausgibt.

11. Heizgerät nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Eingängen besitzt und das Heizgerät ferner folgende Merkmale aufweist:
einen zweiten Sensor zum Messen der Eintrittstemperatur des Mediums, wobei der zweite Sensor einen mit dem Eingang der Steuereinrichtung verbundenen Ausgang besitzt, um eine Temperaturinformation zu liefern;
eine Sollwert-Vorgabeeinrichtung zum Auswählen der zweiten Temperatur, mit einem mit einem Eingang der Steuereinrichtung verbundenen Ausgang zum Liefern von Temperaturinformation;
eine elektrische Energiequelle mit einer Leitungsspannung;
einem Leitungsspannungssensor zum Messen der Leitungsspannung der elektrischen Energiequelle, wobei der Leitungsspannungssensor einen mit einem Eingang der Steuereinrichtung verbundenen Ausgang besitzt, um Spannungsdaten bereitzustellen;
wobei die Steuereinrichtung Temperatursteuerbefehle in Abhängigkeit von der Information aus dem ersten Sensor, dem zweiten Sensor, der Sollwert-Vorgabeeinrichtung und dem Leitungsspannungssensor ausgibt; und
wobei die Mehrzahl von Heizelementen die abgegebene Leistung in Abhängigkeit von Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung variieren.

12. Heizgerät nach Anspruch 9, mit:
einer Mehrzahl von auswählbar anschließbaren Heizelementen;
wobei die erste Heizeinrichtung als eine erste Kombination der Mehrzahl von Heizelementen ausgewählt ist; und
wobei die Kombination der ersten und der zweiten Heizeinrichtung als eine zweite Kombination der Mehrzahl von Heizelementen ausgewählt ist.

13. Heizgerät nach Anspruch 13, wobei die Mehrzahl von auswählbar anschließbaren Heizelementen folgende Merkmale umfasst:
ein erstes Heizelement zur Abgabe einer Spitzenleistung;
ein zweites Heizelement zur Abgabe einer Spitzenleistung, die größer als die vom ersten Heizelement abgegebene ist;
ein drittes Heizelement zur Abgabe einer Spitzenleistung, die größer als die vom zweiten Heizelement abgegebene ist;
wobei die erste Heizeinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus keinem Heizelement, dem ersten Heizelement, dem zweiten Heizelement und dem dritten Heizelement besteht; und
wobei die zweite Heizeinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Heizelement besteht.

14. Heizgerät nach Anspruch 13, wobei die Spitzenleistung des dritten Heizelements ungefähr doppelt so groß wie die Spitzenleistung des zweiten Heizelements ist und die Spitzenleistung des zweiten Heizelements ungefähr doppelt so groß wie die Spitzenleistung des ersten Heizelements ist.

15. Heizgerät nach Anspruch 12, wobei die Kombination aus erster und zweiter Heizeinrichtung eine zweite Spitzenleistung abgibt, die um nicht mehr als ungefähr 200 Watt größer ist als die von der ersten Heizeinrichtung abgegebene erste Spitzenleistung.

16. Heizgerät nach Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung Temperatursteuerbefehle abgibt, die gemäß einer Proportional- Integral-Differential-(PID-)Formel erzeugt werden, die den Eingängen der Steuereinrichtung gehorcht; und wobei die Mehrzahl von Heizelementen die abgegebene Leistung in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung variieren.

17. Heizgerät nach Anspruch 12, wobei die die erste Heizeinrichtung bildende erste Kombination der Mehrzahl von Heizelementen dynamisch variiert; und wobei die die zweite Heizeinrichtung bildende zweite Kombination der Mehrzahl von Heizelementen dynamisch variiert.

18. Heizgerät nach Anspruch 17, wobei die von der Steuereinrichtung ausgegebenen Temperatursteuerbefehle ein zweiteiliges Digitalwort umfassen;
wobei jedes Heizelement der Mehrzahl von Heizelementen in Abhängigkeit von einem Bit des ersten Teils des Digitalworts ausgewählt wird; und
wobei das intervallweise Auftreten der zweiten Spitzenleistung vom zweiten Teil des Digitalworts gesteuert wird.

19. Heizgerät nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Eingängen besitzt und das Heizgerät folgende weiteren Merkmale aufweist:
ein Heizrohr mit einem nahen Ende, das am Austritt des Heizgeräts angeschlossen ist, und einem fernen Ende zum Abgeben des erwärmten Mediums;
einen Heizungseintritt zum Empfangen des zu erwärmenden Mediums bei einer dritten Temperatur;
einen zweiten Temperatursensor zum Messen der dritten Temperatur des Mediums an dem Heizungseintritt, wobei der zweite Temperatursensor einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Ausgang zum Bereitstellen einer dritten Temperaturinformation aufweist;
wobei der erste Temperatursensor am nahen Ende des Heizrohrs angeordnet ist;
wobei die Steuereinrichtung die Temperatursteuerbefehle in Abhängigkeit von der dritten Temperaturinformation variiert.

20. Heizgerät nach Anspruch 1, wobei das Medium Luft ist, mit folgendem weiteren Merkmal:
einem Gebläse zur Zufuhr von Luft an die erste und die zweite Heizeinrichtung.

21. Verfahren zum Erwärmen eines Mediums, mit folgenden Schritten:
eine erste Spitzenleistung wird ununterbrochen an das Medium abgegeben; und
eine zusätzliche Spitzenleistung wird intervallweise zusammen mit der ersten Spitzenleistung an das Medium abgegeben.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung das Auswählen der ersten Spitzenleistung aus einer Mehrzahl von Spitzenleistungsniveaus umfasst.

23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Kombination der ersten Spitzenleistung und der intervallweisen Spitzenleistung eine zweite Spitzenleistung bildet, wobei die intervallweise zusätzliche Spitzenleistung ein drittes Spitzenleistungsniveau bildet, und wobei die intervallweise Abgabe von zusätzlicher Spitzenleistung das Auswählen der zweiten Spitzenleistung im Sinn einer Minimierung der dritten Spitzenleistung umfasst.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die dritte Spitzenleistung weniger als ungefähr 200 Watt beträgt.

25. Verfahren nach Anspruch 23, mit folgenden weiteren Schritten:
als Ergebnis der Abgabe der ersten Spitzenleistung wird im Medium im wesentlichen eine angestrebte Temperatur erzeugt; und
als Ergebnis der intervallweisen Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung wird eine Austrittstemperatur erzeugt, die die angestrebte Austrittstemperatur des Mediums ist.

26. Verfahren nach Anspruch 26, mit folgenden weiteren Schritten:
die angestrebte Austrittstemperatur wird über der Zeit gemessen; und
die intervallweise Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung umfasst das Variieren der Intervalle der zweiten Spitzenleistung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung beinhaltet, dass das erste Spitzenleistungsniveau auswählbar ist und dass das erste Spitzenleistungsniveau in Abhängigkeit von zeitlichen Änderungen der angestrebten Austrittstemperatur ausgewählt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei eine Energieversorgung bereitgestellt wird, mit folgenden weiteren Schritten:
die Eintrittstemperatur des Mediums wird gemessen;
die Spannung der Energieversorgung wird gemessen;
die angestrebte Austrittstemperatur des Mediums wird ausgewählt;
wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung beinhaltet, dass aus der Mehrzahl von Heizelementen ausgewählt wird, um ein erstes Spitzenleistungsniveau in Abhängigkeit von der Messung der Energieversorgungsspannung, der Eintrittstemperatur des Mediums, der Austrittstemperatur des Mediums und der Wahl der angestrebten Austrittstemperatur des Mediums zu erzeugen; und
wobei die intervallweise Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung das Variieren der Intervalle der zweiten Spitzenleistung in Abhängigkeit von der Messung der Energieversorgungsspannung, der Eintrittstemperatur des Mediums, der Austrittstemperatur des Mediums und der Wahl der angestrebten Austrittstemperatur des Mediums umfasst.

29. Verfahren nach Anspruch 27, wobei eine Mehrzahl von Heizelementen bereitgestellt werden;
wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung das Auswählen einer ersten Kombination der Mehrzahl von Heizelementen umfasst, um die erste Spitzenleistung zu erzeugen; und
wobei die intervallweise Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung das Auswählen einer zweiten Kombination der Mehrzahl von Heizelementen umfasst, um die zweite Spitzenleistung zu erzeugen.

30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei wenigstens ein erstes, ein zweites und ein drittes Heizelement bereitgestellt werden, das dritte Heizelement eine Spitzenleistung abgibt, die größer als die vom zweiten Heizelement abgegebene ist, und das zweite Heizelement eine Spitzenleistung abgibt, die größer als die vom ersten Heizelement abgegebene ist, wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung beinhaltet, dass die erste Spitzenleistung von Heizelementen erzeugt wird, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus keinem Heizelement, dem ersten, dem zweiten und dem dritten Heizelement besteht, und wobei die intervallweise Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung beinhaltet, dass die zweite Spitzenleistung von Heizelementen erzeugt wird, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Heizelement besteht.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei eine Steuereinrichtung bereitgestellt wird und die Mehrzahl von Heizelementen wahlweise an eine Energieversorgungsspannung anschließbar sind, mit folgenden weiteren Schritten:
die Mehrzahl von Heizelementen wird in Abhängigkeit von der Erzeugung von Temperatursteuerbefehlen aus der Steuereinrichtung auswählbar an die Energieversorgungsspannung angeschlossen;
wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung das Auswählen aus der Mehrzahl von Heizelementen umfasst, um erste Spitzenleistungsniveaus in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen zu erzeugen; und
wobei die intervallweise Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung beinhaltet, dass aus der Mehrzahl von Heizelementen ausgewählt wird, um zweite Spitzenleistungsniveaus zu erzeugen, und die Intervalle der zweiten Spitzenleistung in Abhängigkeit von den Temperatursteuerbefehlen variiert werden.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Erzeugung von Temperatursteuerbefehlen die Erzeugung eines zweiteiligen Digitalworts umfasst, dessen erster Teil eine Mehrzahl von Bits aufweist, die jeweils einem Heizelement der Mehrzahl von Heizelementen entsprechen, und dessen zweiter Teil einen Zeitverlauf bestimmt;
wobei die Abgabe der ersten Spitzenleistung beinhaltet, dass aus der Mehrzahl von Heizelementen ausgewählt wird, um in Abhängigkeit vom ersten Teil des Digitalworts erste Spitzenleistungsniveaus zu erzeugen; und
wobei die intervallweise Abgabe einer zusätzlichen Spitzenleistung das Variieren der Intervalle der zweiten Spitzenleistung in Abhängigkeit vom zweiten Teil des Digitalworts umfasst.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Eingängen aufweist, mit folgenden weiteren Schritten:
der Steuereinrichtung werden temperaturbezogene Variablen zugeführt, einschließlich der Austrittstemperatur des Mediums und des Sollwerts der Temperatur; und
das Temperatursteuerwort wird in Abhängigkeit von den temperaturbezogenen Variablen unter Verwendung eines Proportional-Integral-Differential-(PID-)Algorithmus erzeugt.

34. Verfahren zum Minimieren von Fluktuationen einer Leistungsaufnahme, mit folgenden Schritten:
eine variable Spitzenleistung wird mit einem ersten Tastverhältnis an ein Medium abgegeben; und
als Ergebnis der Abgabe einer variablen Spitzenleistung wird ein Medium auf eine konstante Temperatur erwärmt.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Abgabe einer variablen Spitzenleistung die abwechselnde Abgabe einer ersten Spitzenleistung und einer zweiten Spitzenleistung, die größer als die erste Spitzenleistung ist, umfasst.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Abgabe einer variablen Spitzenleistung das Variieren des ersten Tastverhältnisses umfasst; und wobei das Erwärmen des Mediums das Aufrechterhalten der konstanten Austrittstemperatur als Ergebnis eines Variierens des ersten Tastverhältnisses umfasst.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Abgabe einer variablen Spitzenleistung beinhaltet, dass die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spitzenleistung weniger als 200 Watt beträgt.

38. Verfahren zum programmierbaren Steuern eines Heizgeräts, mit folgenden Schritten:
ein Digitalwort mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil wird erzeugt;
eine Spitzenleistungsabgabe wird in Abhängigkeit vom ersten Teil des Digitalworts ausgewählt;
der Zeitverlauf der Spitzenleistung wird in Abhängigkeit vom zweiten Teil des Digitalworts ausgewählt.

39. Verfahren nach Anspruch 38, mit folgenden weiteren Schritten:
ein zu erwärmendes Medium wird bereitgestellt;
die Temperatur des erwärmten Mediums wird gemessen; und
das Digitalwort wird in Abhängigkeit von der Messung des erwärmten Mediums erzeugt.

40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Auswahl einer Spitzenleistungsabgabe das Variieren der Leistung zwischen einer ersten und einer zweiten Spitzenleistung umfasst; und wobei die Auswahl einer Spitzenleistungszeitspanne das Auswählen einer ersten Zeitspanne für die erste Spitzenleistung und einer zweiten Zeitspanne für die zweite Spitzenleistung umfasst.

41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei eine erste Mehrzahl von wahlweise aktivierbaren Heizelementen bereitgestellt werden; und
wobei die Erzeugung des ersten Teils des Digitalworts eine erste Mehrzahl von Bits umfasst, die jeweils einem Heizelement entsprechen, und die Erzeugung des zweiten Teils eine zweite Mehrzahl von Bits umfasst, deren Summe einen Zeitverlauf festlegt;
wobei die Auswahl der ersten Spitzenleistung das Aktivieren jedes Heizelements in Abhängigkeit von dem entsprechenden Bit im ersten Teil des Digitalworts umfasst; und
wobei die erste Zeitspanne der ersten Spitzenleistung das Aktivieren von Heizelementen für eine Dauer umfasst, die das Ergebnis der Summe der Bits im zweiten Teil des Digitalworts ist.

42. Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Auswählen der Spitzenleistung beinhaltet, dass die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spitzenleistung weniger als 200 Watt beträgt.