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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heißwassergerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heißwassergerätes.
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Aus
EP 2 369 244 A1 ist ein Verfahren zum rechtzeitigen Erreichen von Temperatursollwerten durch einen oder mehrere Aufheizvorgänge in einer Heizungsanlage eines Gebäudes mit mindestens einem Wärmeerzeuger bekannt, das die folgenden Stufen umfasst:
- (i) Festlegen eines oder mehrerer Zielzeitpunkte, an denen die durch den Aufheizvorgang zu erreichenden Temperatursollwerte erreicht werden sollen,
- (ii) Ermitteln einer Zeitspanne, die zum Erreichen der Temperatursollwerte erforderlich ist, wobei zur Ermittlung der Zeitspannen die Leistung des Wärmeerzeugers und/oder die Umgebungsbedingungen herangezogen werden,
- (iii) Bestimmen eines Startzeitpunktes des Aufheizvorganges aus den in Stufe (i) festgelegten Zielzeitpunkten und der in Stufe (ii) ermittelten Zeitspanne,
- (iv) Starten des Aufheizvorgangs/der Aufheizvorgänge an dem in Stufe (iii) bestimmten Startzeitpunkt und
- (v) Ausführen des Aufheizvorgangs/der Aufheizvorgänge während der in Stufe (ii) ermittelten Zeitspanne.
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Heißwassergeräte, mit denen Wasser mit einer Temperatur von bis zu 85° C bereit gestellt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Büros, Haushalten und Kleingewerben eingesetzt. Des Weiteren sind Kochendwassergeräte wie beispielsweise Wasserkocher bekannt, die kochendes Wasser mit einer Temperatur von ca. 100° C liefern. Insbesondere die Heißwassergeräte dienen dazu, permanent Heißwasser mit einerTemperatur möglichst im Bereich des Siedepunktes zur Verfügung zu stellen. Diese Heißwassergeräte bzw. Kochendwassergeräte können in druckloser oder druckfester Ausführung vorgesehen sein. Bei einer druckfesten Ausführung wird typischerweise ein vakuumisolierter Edelstahlbehälter vorgesehen, in dem das Wasser auf 110° C aufgeheizt wird und mit einer Hysterese im Stand-By-Betrieb aufrecht gehalten wird. Über eine druckfeste Armatur wird das 110° C heiße Wasser dem Speicher entnommen und entspannt sich in dem Armaturenauslauf auf typischerweise 100° C. Bei den drucklosen, offenen Heißwassergeräten ist der Heißwasserauslauf offen, insbesondere ventilfrei ausgestaltet, zur Beaufschlagung von Heißwasser mit einem atmosphärischen Luftdruck. Am Heißwasserauslauf liegt ein atmosphärischer Luftdruck an, nicht jedoch ein Fließdruck, vorzugsweise zumindest dann, wenn der Kaltwassereinlauf geschlossen ist. Da ein atmosphärischer Luftdruck anliegt, ist der Siedepunkt des Wassers abhängig vom Luftdruck an dem Aufstellungsort. Zur Vermeidung eines Auskochens des Heißwassergerätes (ein Aufheizen des Heißwassergerätes, bis das gesamte sich im Behälter befindliche Wasser verdampft ist oder bis ein Sicherheitstemperaturbegrenzer anspricht) wird eine maximale Wassertemperatur in dem Speicherfestgelegt. Diese maximale Speichertemperatur liegt dabei teilweise deutlich unterhalb des Siedepunktes und wird manuell eingestellt oder werkseitig fest eingestellt, beispielsweise auf 92°C, um zu erreichen, dass die voreingestellte Temperatur sicherheitshalber auch dann unter dem Siedepunkt liegt, wenn das Wasser bereits bei einer relativ niedrigen Temperatur anfängt zu sieden.
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1 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Siedetemperatur zu der geodätischen Höhe und den Systemtoleranzen der Regelung des Heißwassergerätes. Auf Meereshöhe siedet das Wasser bei 100° C, und in einer Höhe von 1000 m siedet das Wasser bereits bei einer Temperatur von 96,7° C. Ferner können Luftdruckschwankungen bei extremen Wetterlagen zur Änderung der Siedetemperatur bzw. des Siedepunktes beitragen. Diese Abhängigkeit der Siedetemperatur von dem Luftdruck muss bei der Regelung des Heißwassergerätes berücksichtigt werden. Ferner sollten bei der Regelung des Heißwassergerätes zur Aufrechterhaltung der Heißwassertemperatur ebenfalls Justiertoleranzen bei der maximalen Ausschalttemperatur und eine Reglerdrift durch Verschleißen von Bauteilen berücksichtigt werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heißwassergerät bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines Heißwassergerätes vorzusehen, welches eine verbesserte Siedepunkterfassung und eine verbesserte Regelung des Heißwassergerätes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Heißwassergerät nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Heißwassergerätes nach Anspruch 5 gelöst.
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Somit wird ein Heißwassergerät mit einem drucklosen Warmwasserspeicher, einer Heizeinheit zum Aufheizen des sich in dem Speicherbehälter befindlichen Wassers und einem elektronischen Regler zum Regeln des Betriebs der Heizeinheit vorgesehen. Der elektronische Regler weist eine Aufheizgradienten-Einheit zum Bestimmen eines Aufheizgradienten des sich in dem Speicher befindlichen Wassers und zum Bestimmen eines tatsächlichen Siedepunktes des sich in dem Speicher befindlichen Wassers basierend auf einer Steigung des Aufheizgradienten auf. Dabei erfolgt eine Siedepunkterfassung, während der sich die elektronische Regelung selbst kalibriert.
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Während dieser Siedepunkterfassung wird das sich in dem Wasserspeicherbehälter befindliche Wasser aufgeheizt. Hierbei erfolgt eine Auswertung der Steigerung des Aufheizgradienten. Ist das Wasser im Behälter aufgeheizt, wird anhand des Aufheizgradienten ermittelt, ob ein weiteres Heizen der Heizeinheit noch zu einer Erhöhung der Temperatur führt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird dieser Punkt als Siedetemperatur erfasst.
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Die maximale Temperatur orientiert sich dabei ausschließlich am Siedepunkt und ist somit unabhängig von Bauteiltoleranzen.
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Vorzugsweise erfolgt die Siedepunkterfassung im Wege eines Auskochvorgangs, der vorzugsweise bis zu ca. 5 Minuten, insbesondere ca. 2 Minuten, insbesondere ca. 30-60 Sekunden andauert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Aufheizgradienten-Einheit dazu ausgestaltet, den Siedepunkt zyklisch zu bestimmen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung des Siedepunktes einmalig nach der Installation des Heißwassergerätes.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bestimmung des Siedepunktes nach der Erkennung eines Auskochens des Behälters, also nach dem Vorliegen eines Fehlerfalles.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Siedepunkt nach einer Stromunterbrechung, insbesondere nach einem Stromausfall oder nach dem Verbringen des Gerätes an einen anderen Aufstellungsort, bestimmt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der elektronische Regler einen Schutzeinheit auf, welche anhand der Steigung des Aufheizgradienten einen Fehlerfall ermittelt und die Heizeinheit deaktiviert. Vorzugsweise kann der elektronische Regler in der Aufheizgradienten-Einheit den Temperaturgradienten erfassen und bestimmen, ob eine normale Aufheizung oder ein Störfall vorhanden ist. Ein Störfall ist dann vorhanden, wenn die Temperatur zu schnell ansteigt. Die Schutzschaltung der elektronischen Regelung kann dann das Heißwassergerät schnell abschalten, um eine Beschädigung des Gerätes zu vermeiden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der elektronische Regler eine Temperaturbegrenzungseinheit auf, welche zum Einstellen einer maximalen Wassertemperatur dient, wobei die maximale Wassertemperatur unterhalb der ermittelten Siedetemperatur des sich in dem Speicher befindlichen Wassers liegt.
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Nach Beendigung der Siedepunkterfassung kühlt sich das Wasser ab. Vorzugsweise wird der Regler aktiviert, wenn ein unterer Grenzwert erreicht wird, und der Heizkörper wird ebenfalls aktiviert, um das Wasser weiter aufzuheizen. Sodann wird das Wasser bis zur oberen Abschalttemperatur bzw. dem oberen Grenzwert aufgeheizt. Anschließend erfolgt wiederum eine Abkühlphase, und das Wasser kühlt bis zum unteren Einschaltpunkt ab.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Wasser auch auf eine niedrigere Temperatur vorzugsweise zwischen 70° C und 90° C mittels einer Bedieneinheit eingestellt werden. In einem derartigen Fall erfolgt keine automatische Siedepunktermittlung.
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Vorzugsweise weist das Heißwassergerät eine LED-Einheit zur Anzeige verschiedener Betriebszustände auf.
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In einem Ausführungsbeispiel blinkt die LED-Einheit beim Aufheizen. Wenn die Solltemperatur erreicht ist, dann kann die LED-Einheit dauerhaft leuchten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung leuchtet die LED-Einheit während des Aufheizens dauerhaft und blinkt, wenn die Solltemperatur erreicht ist. Dieser Anzeigemodus ist besonders stromsparend.
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Vorzugsweise flackert die LED-Einheit beim Vorliegen eines Fehlerfalls.
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Die Erfindung betrifft den Gedanken, ein Heißwassergerät mit einem drucklosen Speicherbehälter, einer Heizeinheit und einem elektronischen Regler zum Steuern der Heizeinheit vorzusehen. Der Regler weist eine erste Betriebsart zur Heißwasserbereitung auf, wobei die maximale Betriebstemperatur in dem drucklosen Speicherbehälter auf Basis einer automatischen Siedepunkterfassung durch die Auswertung eines Temperaturanstieges ermöglicht wird. Die automatische Siedepunkterfassung kann zyklisch wiederholt werden, oder einmalig nach der Installation des Gerätes, nach dem Erkennen eines Auskochens oder nach einer Stromunterbrechung erfolgen. Nach einem Stromausfall kann der Siedepunkt neu ermittelt werden. Ferner kann der Regler eine Aufheiztemperatur-Gradientenerfassung zur Sicherheitsabschaltung bei einem unsachgemäßen Betrieb, d. h. ohne Wasser, vorsehen. Die Sicherheitsabschaltung kann solange aktiv bleiben, bis das Wasser in dem Speicher auf beispielsweise 35° C abgekühlt ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Sicherheitsabschaltung solange aktiv bleiben, bis der Netzstecker gezogen wird und das Gerät somit spannungsfrei geschaltet wird. Optional kann das Heißwasserendgerät eine optische Betriebsmodi-Anzeige aufweisen.
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Gemäß der Erfindung wird ein Heißwassergerät mit einem drucklosen Wasserspeicher, einer Heizeinheit und einem elektronischen Regler vorgesehen, der eine automatische Siedepunkterkennung ermöglicht. Mittels der Siedepunkterkennung kann sich der elektronische Regler selbst kalibrieren. Diese Kalibrierung bzw. Siedepunkterfassung kann zyklisch wiederholt werden. Zusätzlich dazu kann die Siedepunkterkennung auch nach einer Stromunterbrechung erfolgen. Hierdurch kann ein Auskochen des Heißwassergerätes vermieden werden, wenn das Gerät beispielsweise an einem anderen Ort mit einem geringeren Luftdruck aufgestellt wird.
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Zur Vermeidung eines Auskochens kann die maximale Aufheiztemperatur unterhalb der Siedetemperatur liegen. Beispielsweise kann die maximale Aufheiztemperatur des Wassers 2° C unterhalb der ermittelten Siedetemperatur vorgesehen sein.
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Optional kann das Heißwassergerät bzw. der Regler des Heißwassergerätes deaktiviert werden, bis die Temperatur des Wassers in dem Heißwassergerät auf eine Temperatur unterhalb von 35° C fällt. Vorzugsweise ist eine Frostschutzstellung vorgesehen, die ein Absinken der Temperatur auf unter ca. 7°C verhindert. Optional kann vorgesehen sein, dass das Gerät durch Ziehen des Netzsteckers spannungsfrei geschaltet wird, bevor eine erneute Aufheizung erfolgen kann.
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Gegenüber dem Stand der Technik hat die Erfindung den Vorteil, dass die Zapftemperatur möglichst nahe am Siedepunkt liegt, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Behälter auskocht. Es ist daher nicht erforderlich, die Temperatur des Wassers sicherheitshalber deutlich unter dem Siedepunkt zu halten. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist erfindungsgemäß Wasser bereit gestellt, das nahezu kocht, unabhängig davon, wo das Gerät aufgestellt ist und welche Luftdruckverhältnisse herrschen, was für den Benutzer komfortabel ist. Ist das Gerät beispielsweise auf Meeresspiegelhöhe mit einer üblichen Siedetemperatur von ca. 100°C aufgestellt, so kalibriert sich die Regelung selbst auf eine Temperatur von ca. 98°C; ist das Gerät beispielsweise auf einer geodätischen Höhe von 1000 m aufgestellt, bei der Wasser üblicherweise bei ca. 96,7°C siedet, so kalibriert sich die Regelung selbst auf eine Temperatur von ca. 94,7°C.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sich die maximale Temperatur ausschließlich am Siedepunkt des Wassers orientiert. Diese Relativmessung der Siedetemperatur ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen elektronischen und elektromechanischen Bauelementen mit größeren Toleranzen, da die Summe der Bauteiltoleranzen keinen Einfluss auf den ermittelten Siedepunkt hat.
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Gemäß einem Verfahren zum Betreiben eines Heißwassergerätes mit einem drucklosen Wasserspeicher und einer Heizeinheit zum Aufheizen des sich in dem Speicherbehälter befindlichen Wassers, wird zunächst ein Aufheizgradient des sich in dem Speicher befindlichen Wassers bestimmt. Sodann wird der tatsächliche Siedepunkt des sich in dem Speicher befindlichen Wassers basierend auf einer Steigung des Aufheizgradienten bestimmt und sodann die Heizeinheit in Abhängigkeit des tatsächlichen Siedepunktes des sich in dem Speicher befindlichen Wassers geregelt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Siedetemperatur von der geodätischen Höhe und von Systemtoleranzen,
- 2 zeigt ein Blockschaltbild eines elektronischen Reglers eines Heißwassergerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 zeigt eine Bedienblende eines Heißwassergerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Verlaufs einer Siedepunkterkennung bei einem Heißwassergerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
- 5 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Temperaturverlaufes bei einem Auskochen eines Heißwassergerätes.
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Gemäß der Erfindung weist ein Heißwassergerät einen drucklosen Wasserspeicher, eine Heizeinheit zum Erwärmen des sich in dem Wasserspeicher befindlichen Wassers und einen elektronischen Regler auf. Der Betrieb der Heizeinheit wird durch einen elektronischen Regler geregelt.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines elektronischen Reglers eines Heißwassergerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der elektronische Regler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist einen Mikrocontroller 10, einen Messeingang E1, einen ersten Sollwerteingang E2, einen zweiten Sollwerteingang E3, ein Netzteil 20, eine LED-Anzeige 30, eine Betriebszustandsanzeige 40 und einen Schalter 50 auf. An dem Schalter 50 ist ein STB und eine HZK vorgesehen. In dem Mikrocontroller 10 ist eine Aufheizgradienten-Einheit 11 vorgesehen, welche eine Änderung der Temperatur über die Zeit, d. h. den Aufheizgradienten, erfasst. Der Mikrocontroller 10 weist ferner eine Temperaturbegrenzungseinheit 12 auf. Die erste Sollwerteingabe E2 stellt die maximale Wassersolltemperatur, z. B. 2° C unterhalb des Siedepunktes, dar. Die zweite Sollwerteingabe E3 stellt eine Wassersolltemperatur kleiner als die maximale Temperatur, z. B. 70° C bis 90° C, dar. Die LED-Anzeige 30 kann z. B. im Heizbetrieb blinken.
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3 zeigt eine Bedienblende eines Heißwassergerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Bedienelement 100 kann einen Drehknopf bzw. einen Reglerknopf 110, eine LED-Anzeigeneinheit 130 und eine Temperaturskala 120 sowie eine Einstellung 140 aufweisen, welche zur Einstellung der maximalen Temperatur dient, wobei der Siedepunkt automatisch ermittelt werden kann. Somit kann das Heißwassergerät so betrieben werden, dass die Wassertemperatur in dem Heißwassergerät auf einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes gehalten wird. Alternativ dazu kann das Wasser jedoch auch auf eine niedrigere Temperatur zwischen 70° C und 90° C mittels der Bedieneinheit 110 eingestellt werden. In einem derartigen Fall erfolgt keine automatische Siedepunktermittlung.
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Optional kann der Knopf 110 über ein Stellelement mit einem Potentiometer oder einem Digitalgeber auf einer Platine des Reglers verbunden sein. Durch Drehen des Reglerknopfes kann die Solltemperatur des Speichers (zwischen 70° C und 90° C) eingestellt werden. Beim Aufheizen leuchtet die LED-Einheit 130. Wenn die Solltemperatur erreicht ist, dann kann die LED-Einheit 130 blinken. Im Fehlerfall flackert die LED-Einheit 130.
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Optional kann eine weitere LED-Einheit oder eine akustische Warneinheit vorgesehen sein, welche optische und/oder akustische Warnhinweise dann ausgibt, wenn es zu einem Fehler wie beispielsweise Trockengang oder einem Auskochen gekommen ist.
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4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Verlaufs einer Siedepunkterkennung bei einem Heißwassergerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. In 4 ist derTemperaturverlauf des Wassers in dem Heißwassergerät über die Zeit bei einer Regelung durch den elektronischen Regler gemäß der Erfindung dargestellt. Insbesondere sind fünf Phasen dargestellt. Die Phase 1 stellt die Aufheizphase bis zum Siedepunkt dar. Während der Phase 1 wird die Heizeinheit durch den elektronischen Regler derart gesteuert, dass die Heizeinheit das sich in dem Speicher befindliche Wasser aufheizt. Somit stellt die Aufheizphase auch diejenige Phase dar, während der der Siedepunkt ermittelt wird. Hierbei erfolgt eine Auswertung der Steigung des Aufheizgradienten dT/dt. Durch Auswertung der Steigung des Aufheizgradienten kann der Siedepunkt exakt bestimmt werden.
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Auch in der Phase 2 wird der Aufheizgradient ermittelt. Diese Phase 2 kann beispielsweise 60 Sekunden betragen. Hierbei wird überprüft, ob ein weiteres Heizen der Heizeinheit (gesteuert durch den elektronischen Regler) auch zu einer Erhöhung der Temperatur führt. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird dieser Punkt als Siedepunkt erfasst. Nach Abschluss der Phase 2 ist die Siedepunkterfassung (Kalibrierung) beendet. In der Phase 3 kühlt sich das Wasser ab. Der Regler wird aktiviert, wenn ein unterer Grenzwert Tmin erreicht wird, und der Heizkörper wird ebenfalls aktiviert, um das Wasser weiter aufzuheizen. In der Phase 4 wird das Wasser dann bis zur oberen Abschalttemperatur bzw. dem oberen Grenzwert Tmax aufgeheizt. In der Phase 5 erfolgt wiederum eine Abkühlphase, und das Wasser kühlt bis zum unteren Einschaltpunkt ab.
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5 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung eines Temperaturverlaufes bei einem Auskochen eines Heißwassergerätes. In 5 ist der Temperaturverlauf über die Zeit gezeigt. Wenn sich ausreichend Wasser in dem Heißwassergerät befindet, dann sinkt die Aufheizkurve B1 wie in 2 gezeigt. Sollte sich jedoch z. B. nicht ausreichend Wasser in dem Heißwassergerät befinden, dann ist die Aufheizkurve B2 vorhanden und die Steigung des Aufheizgradienten wird wesentlich höher sein, d. h. der Siedepunkt des Wassers wird wesentlich schneller erreicht (t1). Um dies zu vermeiden, kann der elektronische Regler eine Schutzeinheit aufweisen. Der elektronische Regler kann in der Aufheizgradienten-Einheit 11 den Temperaturgradienten erfassen und bestimmen, ob eine normale Aufheizung oder ein Störfall vorhanden ist. Ein Störfall ist dann vorhanden, wenn die Temperatur zu schnell ansteigt. Die Schutzschaltung der elektronischen Regelung kann dann das Heißwassergerät schnell abschalten, um eine Beschädigung des Gerätes zu vermeiden.
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Optional kann das Heißwassergerät bzw. der Regler des Heißwassergerätes deaktiviert werden, bis die Temperatur des Wassers in dem Heißwassergerät auf eine Temperatur unterhalb von 35° C fällt. Vorzugsweise ist eine Frostschutzstellung vorgesehen, die ein Absinken der Temperatur unter ca. 7°C verhindert. Optional kann vorgesehen sein, dass das Gerät durch Ziehen des Netzsteckers spannungsfrei geschaltet wird, bevor eine erneute Aufheizung erfolgen kann.
