DE10145512A1 - Durchlauferhitzer - Google Patents

Abstract

Durchlauferhitzer zum Anschluss an eine von einem Medium durchströmte Leitung, mit einer elektronischen Steuerung, einer daran angeschlossenen Heizeinrichtung und einem Schaltmittel zum Verbinden der Steuerung mit einer elektrischen Energiequelle, wobei ein Mittel zur Erzeugung der für den Betrieb des elektrischen oder elektronischen Schaltmittels erforderlichen elektrischen Energie aus der kinetischen Energie des fließenden Mediums vorgesehen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer zum Anschluss an eine von einem Medium durchströmte Leitung, mit einer elektronischen Steuerung, einer daran angeschlossenen Heizeinrichtung und einem Schaltmittel zum Verbinden der Steuerung mit einer elektrischen Energiequelle.
• Bei handelsüblichen Durchlauferhitzern mit einer elektronischen Steuerung ist die Elektronik ständig mit einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einem Stromnetz verbunden, um im Bedarfsfall sofort einsatzfähig zu sein. Diese Geräte befinden sich ununterbrochen in einem Bereitschaftszustand, wobei die elektronische Steuerung eingeschaltet ist und kontinuierlich Energie verbraucht. Derartig aufgebaute Geräte sind heutzutage unter dem Gesichtspunkt des Energiesparens nicht mehr zeitgemäß.
• Zum Stand der Technik zählen auch sogenannte hydraulisch gesteuerte Durchlauferhitzer, bei denen die elektronische Steuerung über ein Schaltmittel mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist. Das Schaltmittel kann ein in die Leitung eingebauter Druckschalter sein, der auf die Druckänderungen reagiert, die zu Beginn der Strömung, beispielsweise bei der Entnahme von Flüssigkeit an einer Zapfstelle oder beim anschließenden Schließen der Leitung entstehen. Zur Betätigung des Druckschalters ist eine relativ große Kraft erforderlich, die zu einem dementsprechenden Druckverlust in der Leitung führt, was sich negativ auf die Gebrauchstauglichkeit auswirkt.
• Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Durchlauferhitzer zu schaffen, der im Bereitschaftszustand keine Energie verbraucht und während des Betriebs keine inakzeptablen Druckverluste in der Leitung verursacht.
• Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er ein Mittel zur Erzeugung der für den Betriebs des elektrischen oder elektronischen Schaltmittels erforderlichen elektrischen Energie aus der kinetischen Energie des fließenden Mediums aufweist.
• Anders als bei den bekannten Durchlauferhitzern mit mechanischen Schaltmitteln wird bei dem erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer ein elektrisches oder elektronisches Schaltmittel verwendet. Die für dessen Betrieb erforderliche elektrische Energie wird unmittelbar durch das strömende Medium erzeugt, also nur dann, wenn tatsächlich Energie benötigt wird. Das Mittel zur Energieerzeugung führt nicht zu merklichen Druckverlusten in der durchströmten Leitung. Es kann konstruktiv so ausgelegt werden, dass nur die für den Betrieb des elektrischen oder elektronischen Schaltmittels erforderliche Energie, die vergleichsweise gering ist, erzeugt wird. Demgegenüber wird bei herkömmlichen Durchlauferhitzern durch in der Leitung angeordnete Druckschalter ein Teil der kinetischen Energie des fließenden Mediums in eine auf den Druckschalter einwirkende Druckkraft umgewandelt, was zu einem Druckverlust und damit zu einem Energieverlust führt.
• Der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer löst damit gleichzeitig zwei Probleme. Einerseits wird während des Bereitschaftszustands überhaupt keine Energie verbraucht, andererseits wirkt sich das Einschalten der elektronischen Steuerung im Hinblick auf Druckverluste in der Strömung nicht nachteilig aus.
• Besonders bevorzugt werden Durchlauferhitzer, bei denen das Mittel zur Erzeugung der elektrischen Energie als Turbine- Generator-Kombination ausgebildet ist. Die Turbine kann in die von dem Medium durchströmte Leitung eingebaut sein, so dass sie während des Betriebs des Durchlauferhitzers durch die Flüssigkeitsströmung angetrieben wird. Sie kann in bekannter Weise als Propellerturbine oder Schaufelradturbine ausgebildet sein und axial oder radial von dem Medium durchströmt werden. Die Turbine kann eine mit dem Generator gekoppelte Abtriebswelle aufweisen, deren Drehbewegung im Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird.
• Das elektrische oder elektronische Schaltmittel des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers kann als Relais ausgebildet sein, das vorzugsweise ein Schließrelais sein kann, so dass es die elektronische Steuerung des Durchlauferhitzers mit einer elektrischen Energiequelle verschalten kann, wenn ihm von dem Generator elektrische Energie zugeführt wird. Alternativ kann das Schaltmittel auch als elektronisches Schaltmittel ausgebildet sein und beispielsweise einen oder mehrere Thyristoren aufweisen.
• In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass der Durchlauferhitzer ein Mittel zum Abschalten der Steuerung bei fehlender Strömung nach Ablauf einer Nachlaufzeit aufweist. Mit dem Ende des Strömungsvorgangs endet automatisch auch die Erzeugung von elektrischer Energie durch den Generator, was das Abschalten der elektronischen Steuerung zur Folge hat. In der Praxis kommt es allerdings sehr häufig vor, dass Benutzer nach kurzer Zeit erneut eine mit der Leitung verbundene Zapfeinrichtung, beispielsweise einen Wasserhahn, betätigen, so dass ein erneuter Einschaltvorgang der elektronischen Steuerung erforderlich ist. Es ist daher zweckmäßig, dass die Steuerung des Durchlauferhitzers nicht unmittelbar nach dem Abstellen der Strömung, sondern erst nach dem Verstreichen einer Wartezeit abgeschaltet wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese Nachlauf- oder Wartezeit einstellbar ist.
• Vorzugsweise ist das Mittel zum Abschalten der Steuerung des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers als Softwaremittel ausgebildet. Das Softwaremittel kann ein Teil eines Softwareprogramms der elektronischen Steuerung sein. Ein Softwaremittel lässt sich mit geringem Aufwand ändern bzw. anpassen.
• Mit besonderem Vorteil kann der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer ein Mittel zur Ermittlung der Durchflussmenge des strömenden Mediums aufweisen. Ein Durchlauferhitzer mit diesem Merkmal kann gleichzeitig als Zähleinrichtung, insbesondere als Wasserzähler, benutzt werden. Diese Funktion ist in vielen Fällen zweckmäßig, wenn eine Erfassung des Flüssigkeitsverbrauchs erforderlich ist, etwa um eine Abrechnung vornehmen zu können. Während bei herkömmlichen Durchlauferhitzern ein zusätzlicher Wasserzähler in die durchströmte Leitung eingebaut werden muss, wird diese Funktion von dem erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer selbst übernommen.
• Die Durchflussmenge kann zuverlässig über ein von der Turbine und/oder den Generator abgegebenes Signal ermittelt werden, das ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums darstellt. Das Signal kann beispielsweise die Drehzahl der Abtriebswelle angeben, von der auf die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums geschlossen werden kann. Anhand dieses Signals kann, ggf. durch Verknüpfung mit einem weiteren Wert, die Durchflussmenge ermittelt werden. Der weitere Wert ist vorzugsweise eine Zeitdauer oder eine Frequenz. Als Zeitdauer kann der Abstand zwischen zwei Messsignalen benutzt werden. Bei der Frequenz kann es sich um die Drehfrequenz der Abtriebswelle handeln. Durch die Verknüpfung des Zeit- bzw. Frequenzwertes mit dem Signal kann die Durchflussmenge bei bekanntem Leitungsquerschnitt errechnet werden. Diese Auswertung kann vorzugsweise in einer mit der Turbine verbundenen Auswerteeinrichtung, insbesondere der Steuerung erfolgen.
• In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass die Durchflussmenge an einer Anzeigeeinrichtung anzeigbar ist. Dabei kann es sich um die kumulierte Durchflussmenge handeln, es ist jedoch auch möglich, den aktuellen Volumenstrom anzuzeigen.
• Bei dem erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer kann vorgesehen sein, dass die Durchflussmenge in einem Speicher aufgezeichnet wird, der sich in der elektronischen Steuerung befindet bzw. damit verbunden ist. Der Speicher kann auch fernabfragbar sein.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur erläutert.
• Die Figur zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers.
• In einer von einem Medium durchströmten Leitung, bei der es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Wasserleitung 1 handelt, ist eine Turbine 2 angeordnet. Die Turbine 2 weist ein Laufrad 3 auf, das von dem fließenden Wasser in eine Drehbewegung versetzt wird, wenn an einer in der Figur nicht dargestellten Zapfstelle, beispielsweise einem Wasserhahn, Flüssigkeit aus der Wasserleitung 1 entnommen wird. Das Laufrad 3 der Turbine 2 ist mit einer Abtriebswelle 4 gekoppelt, die mit ihrem anderen Ende mit einem Generator 5 verbunden ist. Der Generator 5 wandelt die Bewegungsenergie nach dem bekannten Dynamoprinzip in elektrische Energie um, so dass an den Ausgängen 6, 7 des Generators 5 eine elektrische Spannung erzeugt wird. Der Ausgang 6 ist über eine Leitung 8 mit einem Relais 9verbunden. Analog ist der Ausgang 7 des Generators 5 über eine Leitung 10 mit dem Relais 9 verbunden.
• Bei dem Vorhandensein einer Flüssigkeitsströmung in der Wasserleitung 1 wird das Laufrad 3 der Turbine 2 in Rotation versetzt, so dass der mit dem Laufrad 3 gekoppelte Generator 5 eine Spannung erzeugt, die über seine Ausgänge 6, 7 und die Leitungen 8, 10 an den Eingängen des Relais 9 anliegt. Das Relais 9 ist als Schließerrelais ausgebildet, so dass es die Steuerung 11 elektrisch mit einer Stromquelle 12 verbindet, sobald dem Relais 9 eine Spannung zugeführt wird. Um einen Stromfluss in umgekehrter Richtung zu vermeiden, weist die Leitung 8 eine Diode 13 auf.
• Nach dem Einschalten der elektronischen Steuerung 11 kann diese die einzelnen für den Betrieb des Durchlauferhitzers erforderlichen Funktionen ausführen. Die Steuerung 11 ist mit einer Heizeinrichtung 14 verbunden, die in der Wasserleitung 1 bzw. einem damit verbundenen wasserführenden Bauteil angeordnet ist. Die Betriebsspannung wird der Steuerung 11 über die Leitungen 15, 16 zugeführt. Darüber hinaus ist die Steuerung 11 über Lastleitungen 17 mit der Stromquelle 12 verbunden, durch die die für die Heizeinrichtung 14 benötigte Energie übertragen wird. Zur bedarfsgerechten Steuerung des Aufheizprozesses des Wassers kann die Steuerung 11 Leistungselektronikbauteile wie Triacs oder dergleichen aufweisen.
• An die Steuerung 11 ist strömungsabwärts von der Heizeinrichtung 14 wenigstens ein Temperatursensor 18 zur Temperaturregelung angeschlossen, der in der Wasserleitung 1 oder einem wasserführenden Bauteil angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Steuerung 11 mit in der Figur nicht gezeigten Bedienelementen wie Leistungs- oder Temperaturwahlschaltern verbunden sein.
• Wie in der Figur zu erkennen ist, ist die Steuerung 11 über Leitungen 19, 20 mit den Leitungen 8, 10, die zwischen dem Generator 5 und dem Relais 9 angeordnet sind, verbunden. Über die Leitungen 19, 20 kann von der Steuerung 11 erfasst werden, ob der Generator 5 eine Spannung liefert. Wenn die Flüssigkeitsströmung in der Wasserleitung 1 zum Stillstand kommt, endet die Rotation des Laufrads 3, so dass der Generator 5 keine Spannung mehr erzeugt. Dieser Fall wird von der Steuerung 11 über die Leitungen 19, 20 erfasst. Um ein vorzeitiges Abfallen des Relais 9 zu vermeiden, das ein sofortiges Abschalten der Steuerung 11 zur Folge hätte, ist über ein Softwaremittel eine Art Selbsthaltung realisiert, wobei dem Relais 9 über die Leitungen 21, 22 die erforderliche Spannung zugeführt wird. Dieser Zustand hält solange an, bis eine vorgegebene und in der Steuerung 11 gespeicherte Nachlaufzeit verstrichen ist. Anschließend trennt sich die Steuerung 11 softwareabhängig selbst von der Stromquelle 12 ab, indem dem Relais 9 keine Spannung mehr über die Leitungen 21, 22 zugeführt wird. Das Relais 9 öffnet daraufhin die Verbindung zwischen der Steuerung 11 und der Stromquelle 12 über die Leitungen 15, 16 und schaltet sich selbst ab. Es kann vorgesehen sein, dass der vorgegebene Wert für die Nachlaufzeit vom Hersteller oder durch den Benutzer einstellbar ist.
• In der Turbine 2 ist ein Sensor 23 angeordnet, der die Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrads 3 der Turbine 2 erfasst. Der Sensor 23 ist über eine Leitung mit der Steuerung 11 verbunden, die das Sensorsignal auswertet. Der Sensor 23 und das Laufrad 3 können dabei so ausgebildet sein, dass bei jeder Umdrehung ein Signal erzeugt wird. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrads 3 ist - bei Beachtung weiterer Parameter wie z. B. Dichte und Temperatur des Mediums - proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Die Signalauswertung und die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt in der Steuerung 11. Multipliziert man die Strömungsgeschwindigkeit mit der bekannten Zeitdauer zwischen zwei Geschwindigkeitsmessungen, so erhält man die in diesem Zeitraum geflossene Menge. Wiederholt man diesen Vorgang in hinreichend kleinen Zeitabständen und addiert man sämtliche Einzeldurchflussmengen, so erhält man die Gesamtdurchflussmenge analog zu einem Wasserzähler.
• Die Steuerung 11 kann einen Speicher für die Durchflussmenge oder andere relevante Messdaten aufweisen. Sie kann zusätzlich eine Anzeigeeinrichtung für die Durchflussmenge aufweisen oder mit einer solchen Anzeigeeinrichtung verbunden sein.

Claims (14)

1. Durchlauferhitzer zum Anschluss an eine von einem Medium durchströmte Leitung, mit einer elektronischen Steuerung, einer daran angeschlossenen Heizeinrichtung und einem Schaltmittel zum Verbinden der Steuerung mit einer elektrischen Energiequelle, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Erzeugung der für den Betrieb des elektrischen oder elektronischen Schaltmittels erforderlichen elektrischen Energie aus der kinetischen Energie des fließenden Mediums.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als Turbine-Generator- Kombination mit einer durch die Strömung antreibbaren Turbine (2) ausgebildet ist.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel als Relais (9) ausgebildet ist.

4. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel zum Verbinden der Steuerung (11) mit einem Stromnetz (12) ausgebildet ist.

5. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mittel zum Abschalten der Steuerung (11) bei fehlender Strömung nach Ablauf einer Nachlaufzeit aufweist.

6. Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachlaufzeit einstellbar ist.

7. Durchlauferhitzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als Softwaremittel ausgebildet ist.

8. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Ermittlung der Durchflussmenge des strömenden Mediums vorgesehen ist.

9. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Turbine (2) und/oder durch den Generator (5) ein ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums darstellendes Signal abgebbar ist.

10. Durchlauferhitzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal durch eine mit der Turbine (2) verbundene Auswerteeinrichtung, insbesondere die Steuerung (11), auswertbar ist.

11. Durchlauferhitzer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge anhand des Signals, gegebenenfalls durch Verknüpfung mit einem weiteren festgelegten oder gemessenen Wert, ermittelbar ist.

12. Durchlauferhitzer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Wert eine Zeitdauer oder Frequenz ist.

13. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge an einer Anzeigeeinrichtung anzeigbar ist.

14. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge in einem Speicher speicherbar ist.