-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines kritischen
Betriebszustandes bei einer Widerstandsheizung, insbesondere bei
einer Widerstandsheizung in einem Hausgerät, sowie ein Hausgerät mit einer
Widerstandsheizung, in dem ein solches Verfahren verwirklicht wird.
-
Bei
einem Hausgerät
mit einer Widerstandsheizung, z.B. einem Wäschetrockner oder einem Heizlüfter, wobei
die Widerstandsheizung ihre Heizenergie an ein gasförmiges Medium
abgibt und dabei durch dieses Medium gekühlt wird, kann bei einem Ausfall
dieser Kühlung
die Temperatur der Widerstandsheizung auf einen gefährlichen
Wert ansteigen, wenn nicht durch Reduzierung der Leistung oder Abschalten
der Temperaturerhöhung
entgegengewirkt wird. Ein gefährlicher
Betriebszustand in diesem Sinne ist z.B. eine Überhitzung des Wäschetrockners
oder Heizlüfters,
eine Brandentwicklung oder eine Schädigung des Trockengutes in
einem Wäschetrockner.
-
In
aller Regel wird zur Vermeidung eines solchen gefährlichen
(kritischen) Zustandes, ausgelöst z.B.
durch einen Steuerungsdefekt, ein Sicherheitstemperaturbegrenzer
oder eine Temperatursicherung benutzt. Ein solches Element erkennt
unter Umständen
allerdings zu spät
oder nicht zuverlässig
eine Überhitzung.
Wenn am Messort z.B. eine zu geringe Differenz der Temperatur zwischen
Normalbetrieb und Störungsfall
auftritt, kann beispielsweise auch bereits im Normalbetrieb eine
Temperatursicherung ansprechen.
-
Aus
der
EP 0 889 155 B1 ist
ein Verfahren zur Erkennung eines unzulässigen Betriebszustandes in
einem Wäschetrockner
bekannt. Dabei wird die Temperatur in einem Prozessluftstrom oberhalb einer
Widerstandsheizung und vor einer Wäschetrommel periodisch erfasst.
Die aus den gemessenen Werten ermittelten Differenzwerte bzw. Gradienten werden
auf eine bestimmte Weise mit vorgegebenen Gradienten verglichen.
Unter bestimmten Bedingungen wird die Heizung des Wäschetrockners
abgeschaltet und/oder eine warnende Betriebszustandsanzeige aktiviert.
-
Wäschetrockners
abgeschaltet und/oder eine warnende Betriebszustandsanzeige aktiviert.
-
Aus
der
DE 40 23 000 C2 ist
es bekannt, einem Prozessluftstrom in einem Wäschetrockner zur Kühlung bei
einem kritischen Betriebszustand Raumluft aus einer Umgebung des
Wäschetrockners
zuzuführen,
und zu diesem Zweck entsprechende Zuluftöffnungen vorzusehen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein
durch überhöhte Temperatur
gekennzeichneter kritischer Betriebszustand einer Widerstandsheizung
bereits lange vor Erreichen erkannt wird und ggf. lange vor seinem
Erreichen unterbunden werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen dieses
Verfahren sind in den abhängigen
Patentansprüchen
2 bis 8 angegeben.
-
Weiterhin
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hausgerät mit einer
Widerstandsheizung vorzuschlagen, beim dem ein solcher kritischer
Betriebszustand rechtzeitig erkannt und unterbunden werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Hausgerät
gemäß Patentanspruch
9 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
dieses Hausgerätes
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
10 und 11 angegeben.
-
Die
Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Erkennung von kritischen
Betriebszustandes bei einer Widerstandsheizung, insbesondere bei
einer Widerstandsheizung in einem Hausgerät wie einem Wäschetrockner
oder Heizlüfter,
bei dem während des
Betriebs ein Emissionsspektrum der Widerstandsheizung gemessen wird
und Änderungen
des Emissionsspektrums bestimmt werden, um aus einer Änderung
eine Entscheidung über
eine Fortsetzung des Heizvorgangs treffen zu können.
-
Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Hausgerät
mit einer Widerstandsheizung, das mindestens einen optischen Sensor
zur Messung eines Emissionsspektrums der Widerstandsheizung aufweist.
-
Die
Erfindung macht sich das spektrale Verhalten der von jedem heißen Körper abgestrahlten Energie
nutzbar. Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das entsprechende
Emissionsspektrum zu höherer
Frequenz. Bei sehr großer
Hitze kann daher ein insbesondere rot-orange-gelbes Leuchten (Glühen) des
Körpers
auftreten.
-
Unter
Messung des Emissionsspektrums wird erfindungsgemäß die Registrierung
der Strahlungsleistung oder einer anderen, die von der Widerstandsheizung
abgestrahlte Energie charakterisierenden Messgröße in einem Wellenlängenbereich oder
Frequenzbereich oder bei einer oder mehreren ausgewählten Frequenzen
oder Wellenlängen
verstanden. Aus Gründen
der Vereinfachung wird im Folgenden hauptsächlich der Begriff Wellenlänge verwendet.
-
Für das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. das erfindungsgemäße Haushaltsgerät sind somit prinzipiell
alle optischen Sensoren geeignet, mit denen eine solche Messung
durchgeführt
werden kann. Derartige optische Sensoren sind dem Fachmann bekannt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
findet seine Anwendung insbesondere bei Hausgeräten mit Widerstandsheizungen,
wie z.B. Heizlüfter
und Wäschetrockner.
Bei dem erfindungsgemäßen Wäschetrockner
kann es sich um einen Ablufttrockner, einen Kondensationstrockner
und insbesondere einen Wäschetrockner
mit Wärmepumpe
handeln. Erfindungsgemäß kann demnach
der Prozessluftkreislauf offen oder geschlossen sein.
-
Zur
Erkennung eines kritischen Betriebszustandes bei einer Widerstandsheizung
kann beispielsweise während
des Heizvorgangs die Wellenlänge
des Emissionsmaximums bestimmt und mit der Wellenlänge eines
vorgegebenen Emissionsmaximums, das einem Normalfall entspricht,
verglichen werden. Beim Überschreiten
einer bestimmten, vorzugebenden Wellenlängendifferenz kann ein kritischer
Betriebszustand signalisiert werden. Dieses Signal kann dann unmittelbar
zum Abschalten der Widerstandsheizung und/oder im Falle eines erfindungsgemäßen Wäschetrockners
zu einer verstärkten
Kühlung
des Prozessluftstromes im Trockner führen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die in einem bestimmten Wellenlängenbereich abgestrahlte Strahlungsleistung
bestimmt und dieser Wert mit einer vorgegebenen Strahlungsleistung
in diesem Wellenlängenbereich
verglichen.
-
Im
erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Emissionsspektrum im Allgemeinen periodisch oder kontinuierlich
gemessen. Bevorzugt wird das Emissionsspektrum periodisch gemessen.
Hierbei wird das Emissionsspektrum vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
aufgenommen.
-
Besonders
bevorzugt wird hierbei das aktuelle Emissionsspektrum der Widerstandsheizung
mit wenigstens einem vorher erfassten Emissionsspektrum verglichen.
Wenn die aus den verglichenen Werten der wellenlängenabhängigen Strahlungsleistung bestimmte Änderung
des Emissionsspektrums über einen
mehrperiodischen Zeitraum eine voreingestellte Schwankungsbreite übertrifft,
wird ein kritischer Betriebszustand (Überhitzung) angezeigt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird daher die Strahlungsleistung der Widerstandsheizung im Heizbetrieb
bei einer bestimmten Wellenlänge,
die kleiner ist als die Wellenlänge
des Emissionsmaximums im Normalbetrieb, mit der Strahlungsleistung
bei der Wellenlänge
des Emissionsmaximums im Normalbetrieb verglichen. Beim Überschreiten
einer vorgegebenen Differenz wird ein kritischer Betriebszustand angezeigt.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die bei zwei bestimmten Wellenlängen abgestrahlte Strahlungsleistung
bestimmt. Diese Werte werden anschließend mit vorgegebenen Strahlungsleistungen
bei diesen Wellenlängen
verglichen. Hierzu eignen sich insbesondere die Wellenlängen des
Emissionsmaximums im Normalfall und im Störfall.
-
Im
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, dass nach der Erkennung eines kritischen Betriebszustandes
der Betrieb abgebrochen wird, indem die Widerstandsheizung abgeschaltet
wird. Allerdings ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass lediglich die Leistung
der Widerstandsheizung zurückgefahren
wird. Eine Entscheidung über
die Fortsetzung des Betriebs beinhaltet erfindungsgemäß daher
eine Abschaltung wie auch ein Zurückfahren der Leistung der Widerstandsheizung.
Erfindungsgemäß ist es überdies
bevorzugt, wenn bei Erkennung eines kritischen Betriebszustandes
die Kühlung
intensiviert wird.
-
Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Verfahrens
bzw. des Hausgerätes.
Dabei wird Bezug genommen auf die 1 und 2:
-
1 erläutert für den Fall
eines Kondensationswäschetrockners
den Aufbau und die Funktionsweise des Hausgerätes;
-
2 zeigt
Emissionsspektren für
den Normalbetrieb und den Störfall
einer Widerstandsheizung im Hausgerät, die im Verfahren zur Erkennung eines
kritischen Betriebszustands herangezogen werden können.
-
In 1 wird
die Erfindung anhand eines Kondensationstrockners erläutert.
-
Der
Kondensationstrockner gemäß 1 weist
eine Wäschetrommel 1 auf,
in welche die zu trocknende Wäsche
eingefüllt
wird. Die Wäschetrommel 1 wird über einen
nicht dargestellten Motor angetrieben und in Rotation versetzt.
Mittels eines ersten Gebläses 7 wird
der Wäschetrommel 1 die
mittels einer Widerstandsheizung 13 erwärmte und im Prozessluftstromkanal 2, 3, 4 in
Pfeilrichtung zirkulierende Prozessluft zugeführt. Zur Aufnahme von Emissionsspektren
bzw. zur Messung der Emission (z.B. als Strahlungsleistung) der
Widerstandsheizung 13 bei vorgegebener Wellenlänge oder
Frequenz befindet sich im Prozessluftstromkanal 2, 3, 4 mindestens
ein optischer Sensor 17, 18.
-
Von
der Wäschetrommel 1 strömt die im
Allgemeinen mit Feuchtigkeit angereicherte Prozessluft in den Kondensator 5,
wo diese Feuchtigkeit in Abhängigkeit
von der Kühlung
im Kondensator 5 kondensiert und in einer Auffangvorrichtung 14 aufgefangen
wird. Die auf diese Weise getrocknete Prozessluft wird dann durch
das erste Gebläse 7 hindurch wieder über die
Widerstandsheizung 13 geleitet und erwärmt. Anschließend wird
die erwärmte
Prozessluft wieder in die Wäschetrommel 1 geführt, womit der
Kreislauf der Prozessluft geschlossen ist. In 1 ist
der Prozessluftkreislauf aus Gründen
der vereinfachten Darstellung geschlossen.
-
Der
Kondensationstrockner weist einen optischen Sensor 17, 18 auf,
der das Emissionsspektrum der Widerstandsheizung 13 aufnehmen
bzw. bei bestimmten Wllellenlängen/Frequenzen
die Emission (Strahlungsleistung) messen kann.
-
Beispielsweise
wird ein optischer Sensor 17, 18 verwendet, der
als solcher oder durch Verwendung eines geeigneten vorgeschalteten
Filters nur Strahlung mit den in Frage kommenden Wellenlängen messen
kann.
-
Es
können
ein oder mehrere optische Sensoren 17, 18 verwendet
werden. Dabei ist es bevorzugt, nur einen optischen Sensor 17, 18 zu
verwenden.
-
Der
Sensor 17, 18 kann sich im Prozessluftkanal 2, 3, 4 an
verschiedenen Stellen befinden, solange die von der Widerstandsheizung 13 ausgehende
Strahlung gemessen werden kann. So kann sich der Sensor 17, 18 im
Prozessluftkanal in Prozessluftstromrichtung vor oder hinter der
Widerstandsheizung 13 befinden. Es ist bevorzugt, dass
sich der Sensor 17, 18 in Prozessluftstromrichtung
hinter der Widerstandsheizung 13 befindet, insbesondere
zwischen der Widerstandsheizung 13 und der Wäschetrommel 1.
-
Zur
Erkennung eines kritischen Betriebszustandes werden Änderungen
im Emissionsspektrum der Widerstandsheizung 13 während des
Heizvorgangs herangezogen.
-
2 zeigt
Emissionsspektren für
den Normalbetrieb (Emissionsspektrum 19) und den Störfall (Emissionsspektrum 20)
einer Widerstandsheizung 13. Das Emissionsspektrum und
insbesondere das Maximum der Strahlungsleistung im Emissionsspektrum
(Emissionsmaximum) verschiebt sich bei einer Zunahme der Temperatur
der Widerstandsheizung 13 zu kürzeren Wellenlängen. Dies
trifft insbesondere im Störfall
zu, wenn die Temperatur der Widerstandsheizung 13 auf einen
kritischen Wert ansteigt. Die Differenz zwischen den Wellenlängen des
Emissionsmaximums bei der Temperatur des Normalfalls und der Temperatur
des Störfalls
nimmt somit mit zunehmender Temperatur der Widerstandsheizung 13 zu.
Die Strahlungsleistung beim Emissionsmaximum des Normalfalles nimmt
ab und die Strahlungsleistung beim Emissionsmaximum des Störfalls nimmt zu.
-
Unter
Emissionsspektrum bzw. Emissionsmaximum der Widerstandsheizung 13 im
Normalfall wird hierbei ein Emissionsspektrum bzw. Emissionsmaximum
der Widerstandsheizung 13 bei einer Temperatur Tref verstanden, bei der das Hausgerät, und im
Falle eines Wäschetrockners
die zu trocknende Wäsche,
keinen Schaden erleidet. Diese Temperatur Tref wird
vor Beginn der Aufheizung vorgegeben und/oder im Laufe der Aufheizung
aufgrund einer Änderung
der äußeren Bedingungen
(z.B. zunehmende Trocknung von feuchter Wäsche) festgelegt bzw. geändert.
-
Das
vom optischen Sensor 17, 18 gemessene Signal (kontinuierliches
Emissionsspektrum über einen
bestimmten Wellenlängenbereich
oder Strahlungsleistung bei ausgewählten Wellenlängen) kann auf
verschiedene Weise ausgewertet werden. So kann es einer elektronischen
Schaltung zugeführt und
dort zu geeigneten Steuerungsmaßnahmen
oder Anzeigen verarbeitet werden.
-
Der
optische Sensor 17, 18 kann selbst ein Bestandteil
einer steuerungsunabhängigen
Hardware-Sicherheitsschaltung sein. So kann der optische Sensor 17, 18 ein
Sicherheitstemperaturbegrenzer sein, der aufgrund der gemessenen
Strahlungsleistung bzw. seiner Differenz zu einem vorgegebenen Wert
der Strahlungsleistung, die einen Störfall darstellt, selbst eine
Abschaltung der Heizung bewirkt.
-
Es
ist überdies
bevorzugt, wenn bei Erkennung eines kritischen Betriebszustandes
die Kühlung intensiviert
wird. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen:
Beispielsweise
ist der in 1 gezeigte Wäschetrockner ein Kondensationstrockner
mit einem offenen Kühlluftkanal 9,
in dem sich ein Kondensator 5 befindet und Kühlluft mittels
eines zweiten Gebläses 8 aus
der Raumluft in den Trockner eingetragen und nach der Kühlung aus
dem Trockner herausgeführt werden
kann, wobei im offenen Kühlluftkanal 9 eine steuerbare
Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 vorhanden
ist. Wenn die Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 auf
maximalen Luftdurchlass eingestellt ist, erfolgt eine Kühlung der
Prozessluft. Daher wird die Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 bei
einem kritischen Betriebszustand im Allgemeinen maximal geöffnet sein.
-
Alternativ
kann zur Kühlung
des Prozessluftstromes bei einem kritischen Betriebszustand der Prozessluft über in
1 nicht
gezeigte Zuluftöffnungen
Raumluft zugeführt
werden, wie es im Detail in der
DE 40 23 000 C2 beschrieben ist.
-
Am
besten eignet sich zur Steuerung einer etwaigen Zuluftöffnung oder
Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 ein
Steuergerät,
welches die Signale aus dem optischen Sensor 17, 18 und
ggf. weiteren Sensoren empfängt,
verarbeitet und geeignet in Steuersignale für die Widerstandheizung 13,
die Zuluftöffnung
und Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 umwandelt,
so dass dem Störfall
wirkungsvoll entgegengewirkt werden kann.
-
Allerdings
können
Widerstandsheizung 13, Zuluftöffnung und/oder Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 mit
je einem Sensor (optischer Sensor, Temperatursensor oder Feuchtigkeitssensor)
direkt verbunden sein, der beim Erreichen der gewünschten
Strahlungsemission bzw. Temperatur oder Feuchtigkeit im Sinne der Öffnung auf
die zugeordnete Zuluftöffnung bzw.
Verschlusseinrichtung einwirkt und die Widerstandheizung 13 entweder
abschaltet oder zurückfährt. Diese
Maßnahme
bildet eine einfache und billige Möglichkeit zur Steuerung.
-
Im
Allgemeinen enthält
ein Wäschetrockner ein
Flusensieb, das bei Verstopfung zu einem Temperaturanstieg der Prozessluft
führen
würde. Üblicherweise
werden ein verstopftes Flusensieb und dadurch erhöhte Prozesslufttemperatur
durch ein Signal vom Temperaturbegrenzer angezeigt. Dies kann unabhängig vom
vorhin beschriebenen Verfahren zum Abschalten der Widerstandsheizung 13 führen.
-
Die
in 1 gezeigte Verschlusseinrichtung 10, 11, 12 im
Kühlluftkanal 9 befindet
sich entsprechend der Üblichkeit
zwischen dem Kühllufteintritt 15 und
dem zweiten Gebläse 8,
zwischen dem zweiten Gebläse 8 und
dem Kondensator 5 oder zwischen dem Kondensator 5 und
dem Kühlluftaustritt 16.
-
Die
Erfindung ermöglicht
es, dass bereits lange vor dem Erreichen eines kritischen Betriebszustandes
ein derartiger kritischer Betriebszustand erkannt und gegebenenfalls
vor seinem Erreichen unterbunden werden kann.