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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlauferhitzers sowie einen Durchlauferhitzer.
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Ein Durchlauferhitzer kommt zum Erwärmen von Wasser zum Einsatz, wobei dieser eine Zapfstelle mit warmem Wasser speist. In größeren Einrichtungen, wie beispielsweise einem Flughafen, sind oftmals mehrere Verbraucher respektive Zapfstellen nebeneinander angeordnet, welche jeweils von einem eigenen Durchlauferhitzer versorgt werden.
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Die Zufuhr des Wassers erfolgt dabei mittels einer gemeinsamen Versorgungsleitung, von der an die Durchlauferhitzer abgezweigt wird. Die Ansteuerung der Durchlauferhitzer erfolgt in Abhängigkeit von einem vorgebebenen Einschaltschwellwert, der einem Mindestvolumenstrom entspricht. Erst wenn ein Mindestvolumenstrom detektiert wird, wird das Wasser mittels einer Heizstrecke des Durchlauferhitzers erwärmt. Dies dient dazu, eine Beschädigung der Heizstrecke zu vermeiden, wenn es aufgrund des zu geringen Volumenstromes zu einem Verdampfen an einem Heizelement der Heizstrecke kommen kann. Ein zu geringer Volumenstrom stellt sich beispielsweise ein, wenn mehrere Verbraucher, die von einer gemeinsamen Versorgungsleitung abhängen, gleichzeitig geöffnet sind, so dass der jeweilige Durchlauferhitzer mit einem unterhalb des Einschaltschwellwertes liegenden Volumenstrom versorgt wird.
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Diesem Umstand wird dadurch begegnet, dass der Einschaltschwellwert manuell abgesenkt wird. Dies birgt jedoch die Gefahr, dass der Einschaltschwellwert eine Ansteuerung des Durchlauferhitzers bewirkt, obwohl der Volumenstrom nicht hinreichend groß ist, um eine Gasblasenbildung in der Heizstrecke zu vermeiden.
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In Dokument
DE 19702904 C2 wird eine Überwachungsschaltung bei einem elektrischen Durchlauferhitzer beschrieben, wobei die Überwachungsschaltung eine Sicherheitselektronik aufweist, die aus einem Wasserdurchflusssignal eines Wasserdurchflussmessers ein Wechselspannungssignal zum Antrieb eines Schalters erzeugt und der Schalter nur in seine Betriebsstellung geht, wenn das Wechselspannungssignal vorliegt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlauferhitzers sowie einen Durchlauferhitzer bereitzustellen, wodurch auch bei geringen Volumenströmen ein sicherer Betrieb des Durchlauferhitzers gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlauferhitzers sowie einen Durchlauferhitzer gelöst.
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Gemäß dem Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Durchlauferhitzers vorgeschlagen, umfassend ein Regeln eines Einschaltschwellwertes für einen Volumenstrom durch den Durchlauferhitzer basierend auf einer Sollwerttemperatur. Durch die Regelung des Einschaltschwellwertes in Abhängigkeit von der Sollwerttemperatur kann verhindert werden, dass ein für eine voreingestellte Sollwerttemperatur zu geringer Volumenstrom, bei dem der Durchlauferhitzer dennoch beginnt zu heizen, zu einer Beschädigung des Durchlauferhitzers durch beispielsweise Gasblasenbildung in der Heizstrecke führt. Eine Veränderung der Sollwerttemperatur geht aufgrund der vorgeschlagenen Regelung mit einer Veränderung des Einschaltschwellwertes einher. So wird bei einer Verringerung der Sollwerttemperatur gleichzeitig der Einschaltschwellwert abgesenkt. Dadurch lässt sich ein Betrieb auch mit nur geringen Volumenströmen realisieren, ohne dass die Gefahr einer Gasblasenbildung besteht.
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Gemäß einer Weiterbildung kann basierend auf der Sollwerttemperatur eine Leistungsstufe für das Betreiben von einer Heizstrecke des Durchlauferhitzers ausgewählt werden. Mit der Anpassung des Einschaltschwellwertes an geringere Volumenströme kann eine Anpassung der Leistungssteuerung einhergehen, wodurch die Heizstrecke beim Erwärmen des Wassers einen geringeren Belastung sowie Leistungsaufnahme ausgesetzt ist.
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Des Weiteren kann basierend auf dem Einschaltschwellwert eine Ansteuerung zumindest eines Heizelementes einer mehrere Heizelemente aufweisenden Heizstrecke durchgeführt werden. Die Heizstrecke des Durchlauferhitzers kann zumindest zwei, vorzugweise vier Heizelemente umfassen, welche einzeln oder paarweise ansteuerbar sind. So kann bei einer Heizstrecke mit vier Heizelementen zwei Heizelementen der Gesamtvolumenstrom zugeführt werden, während den beiden anderen Heizelementen jeweils nur ein anteiliger Volumenstrom zugeführt wird. Entsprechend kann die Ansteuerung der Heizelemente so gewählt werden, dass zunächst die Heizelemente angesteuert werden, denen der Gesamtvolumenstrom zugeführt wird, während die beiden anderen Heizelemente zu einem späteren Zeitpunkt angesteuert werden. Dies kann beispielsweise bei einer Erhöhung des Volumenstroms und oder einer höheren Sollwerttemperatur der Fall sein.
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Insbesondere kann die Sollwerttemperatur mittels einer Einstellvorrichtung veränderbar eingestellt werden. Dies ermöglicht es einem Benutzer, eine Sollwerttemperatur vorzugeben, die für den Betrieb des Durchlauferhitzers zunächst maßgeblich ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann bei Unterschreitung des Einschaltschwellwertes eine Anforderung zur Anpassung der Sollwerttemperatur signalisiert werden. Dies gestattet dem Benutzer, den Einschaltschwellwert an vorherrschende Betriebsbedingungen anzupassen, wenn, beispielsweise aufgrund häufiger paralleler Ansteuerung mehrerer Verbraucher, ein Anschluss eines Durchlauferhitzers regelmäßig mit einem Volumenstrom versorgt wird, der unterhalb des Einschaltschwellwertes liegt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann zum Betreiben des Durchlauferhitzers zumindest eine Kennlinie für den Einschaltschwellwert in einer Steuerungsvorrichtung hinterlegt werden. Das Hinterlegen zumindest einer Kennlinie in der Steuerungsvorrichtung erlaubt eine Anpassung an unterschiedliche Betriebssituationen. Bevorzugt werden mehrere Kennlinien hinterlegt, so dass eine Auswahl ermöglicht wird.
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Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt einen Durchlauferhitzer.
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Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird ein Durchlauferhitzer vorgeschlagen, mit zumindest einer Heizstrecke, einer Steuerungsvorrichtung, einem Durchflusssensor sowie einem Temperatursensor, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung zur Regelung eines Einschaltschwellwertes für einen Volumenstrom durch den Durchlauferhitzer basierend auf einer Sollwerttemperatur eingerichtet ist. Liegt der detektierte Volumenstrom unterhalb des Einschaltschwellwertes, wird eine Ansteuerung des Durchlauferhitzers verhindert. Durch eine Änderung der Sollwerttemperatur wird der Einschaltschwellwert in der Weise geregelt, dass eine Beschädigung des Durchlauferhitzers, insbesondere der Heizstrecke durch Gasblasenbildung, vermieden wird.
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Dazu kann in der Steuerungsvorrichtung zumindest eine Kennlinie für den Einschaltschwellwert hinterlegt sein. Um auf verschiedene Betriebssituationen reagieren zu können, sind mehrere Kennlinien hinterlegbar, welche neben einem linearen Verlauf der Kennlinie auch exponentielle und/oder logarithmische Verläufe aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Heizstrecke zumindest zwei Heizelemente aufweisen, die durch die Steuerungsvorrichtung ansteuerbar sind. Dabei ist eine individuelle Ansteuerung der zumindest zwei Heizelemente denkbar.
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Insbesondere kann zur Einstellung und Veränderung der Sollwerttemperatur eine Einstellvorrichtung vorgesehen sein. Die Einstellvorrichtung gestattet es dem Benutzer die Sollwerttemperatur anzupassen, um auch bei geringen Volumenströmen eine Ansteuerung der Heizstrecke zu bewirken, um das Wasser zu erwärmen. Hierzu kann die Einstellvorrichtung als eine Eingabevorrichtung wie Tastern oder ein Bedienpanel an dem Durchlauferhitzer ausgeführt sein, die mit der Steuerungsvorrichtung signaltechnisch verbunden ist.
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Des Weiteren kann eine Temperaturobergrenze vorgebbar sein. Die Vorgabe kann mittels der Einstellvorrichtung durchgeführt werden, welche dem Durchlauferhitzer zugeordnet ist. Alternativ kann ein mechanisches Einstellmittel an dem Durchlauferhitzer vorgesehen sein, um die Temperaturobergrenze vorgeben zu können. Dabei kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Jumper oder DIP-Schalter handeln, die bevorzugt auf einer Platine der Steuerungsvorrichtung angeordnet sind. Mittels der Einstellung der Temperaturobergrenze lässt sich ein verbrühungsfreier Betrieb gewährleisten. Ausgehend von dieser Temperaturobergrenze kann eine Absenkung des Einschaltschwellwertes entsprechend geregelt durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können in der Steuerungseinrichtung mehrere Leistungsstufen hinterlegt sein, die in Abhängigkeit von der Sollwerttemperatur zur Ansteuerung der Heizstrecke auswählbar sind. Der Betrieb des Durchlauferhitzers kann sich dazu an dem Einschaltschwellwert orientieren, so dass für geringere Volumenströme eine niedrigere Leistungsstufe auswählbar ist als für größere Volumenströme. Anhand der ausgewählten Leistungsstufe erfolgt die Ansteuerung der Heizstrecke.
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Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung mit einer Anzeigevorrichtung verbunden sein. Mittels der Anzeigevorrichtung kann einem Benutzer die aktuelle Sollwerttemperatur angezeigt werden. Des Weiteren kann der Benutzer durch die Anzeigevorrichtung darüber informiert werden, dass im Fall eines zu geringen Volumenstromes eine Anpassung der Sollwerttemperatur notwendig ist, um damit den Einschaltschwellwert an die Gegebenheit anzupassen. Hierzu kann mittels der Eingabevorrichtung eine entsprechende Eingabe durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuerungsvorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle umfassen. Mittels der Kommunikationsschnittstelle kann durch eine Kommunikationsinfrastruktur, beispielsweise ein lokales Netzwerk oder das Internet, mit der Steuerungsvorrichtung des Durchlauferhitzers in Kommunikation getreten werden, um beispielsweise Einstellungen aus der Ferne zu verändern oder Kennlinien auf die Steuerungsvorrichtung zu übertragen. Ebenso ermöglicht das Vorsehen der Kommunikationsschnittstelle einen Datenaustausch von mehreren, insbesondere in räumlicher Nähe zueinander befindlichen, Durchlauferhitzern untereinander, die unter vergleichbaren Betriebsbedingungen betrieben werden.
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Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung für eine Vorgabe einer Höchsttemperatur in einem Notbetrieb eingerichtet sein. Führt beispielsweise der Ausfall des Temperatursensors dazu, dass das Erreichen der Sollwerttemperatur nicht überwacht werden kann, steuert die Steuerungsvorrichtung die Heizstrecke entsprechend einem Einschaltschwellwert an, der sich in Abhängigkeit von der vorgegeben Höchsttemperatur einstellt.
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Im Folgenden werden weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers;
- 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Heizstrecke eines Durchlauferhitzers;
- 3 Kennlinienverläufe eines Einschaltschwellwertes eines Durchlauferhitzers in Abhängigkeit von einer Sollwerttemperatur;
- 4 ein Diagramm einer Regelung eines Durchlauferhitzers gemäß der Erfindung;
- 5 einen Zusammenhang zwischen einer Anpassung einer Leistungssteuerung eines Durchlauferhitzers aufgrund der Änderung des Einschaltschwellwertes.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers 1, umfassend eine Heizstrecke 2, zumindest einen Fluidstromsensor 3, zumindest einen Temperatursensor 4, eine Steuerungsvorrichtung 5, eine Einstellvorrichtung 6 sowie eine Anzeigevorrichtung 7. Nicht gezeigt in der schematischen Ansicht sind die Einlässe bzw. Auslässe von Wasser und die Fluidleitung durch den Durchlauferhitzer 1.
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Die Steuerungsvorrichtung 5 ist mit dem zumindest einen Fluidstromsensor 3 sowie dem zumindest einen Temperatursensor 4 signaltechnisch verbunden. Von dem zumindest einen Fluidstromsensor 3 sowie dem zumindest einen Temperatursensor 4 bereitgestellte Messwerte werden an die Steuerungsvorrichtung 5 zur Auswertung übertragen. Die Steuerungsvorrichtung 5 steuert basierend auf diesen Messwerten die Heizstrecke 2 an. Die Einstellvorrichtung 6 ermöglicht es, Betriebsparameter des Durchlauferhitzers 1 zu verändern. So ist durch die Einstellvorrichtung 6 eine Sollwerttemperatur, d. h. eine angestrebte Ausgangstemperatur des erhitzten Wassers, einstellbar beziehungsweise veränderbar.
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Die Darstellung der 2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Heizstrecke 2 eines Durchlauferhitzers 1. Durch einen Einlass 8 gelangt Wasser, beispielsweise eines Leitungsanschlusses, in die Heizstrecke 2. Durch einen Auslass 9 tritt das erwärmte Wasser zum Gebrauch aus. Nach dem Einlass 8 passiert das Wasser den Fluidstromsensor 3, welcher den eintretenden Volumenstrom detektiert. Der Fluidstromsensor 3 kann als kombinierter Temperatur- und Volumenstromsensor ausgeführt sein, welcher zugleich die Wassertemperatur im Einlass 8 der Heizstrecke 2 erfasst. Das Wasser wird durch die Heizstrecke 2 entlang eines Strömungspfades 10 geführt. Der Strömungspfad 10 umfasst mehrere Strömungskanalabschnitte 11, 12, 13, in welchen Heizelemente 14, 15, 16 angeordnet sind.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erster Strömungskanalabschnitt 11 vorgesehen, in dem sich ein erstes Heizelement 14 befindet. Daran schließt sich ein zweiter Strömungskanalabschnitt 12 an. Der zweite Strömungskanalabschnitt 12 weist zwei parallel verlaufende Stränge 12a, 12b auf, die den Volumenstrom in zwei Teilvolumenströme aufteilen. In jedem der Stränge 12a, 12b ist jeweils ein zweites Heizelement 15 angeordnet. An den zweiten Strömungskanalabschnitt 12 schließt sich ein dritter Strömungskanalabschnitt 14 an, in dem die beiden Teilvolumenströme wieder zusammengeführt werden. In dem dritten Strömungskanalabschnitt 14 ist ein drittes Heizelement 16 angeordnet. Dem dritten Heizelement 16 ist der Temperatursensor 4 nachgeordnet, der die Temperatur der an dieser Stelle strömenden Flüssigkeit detektiert.
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Die Heizelemente 14, 15, 16 der Heizstrecke 2 sind als Heizwiderstände ausgebildet und werden jeweils von einem leistungselektronischen Schaltelement 17 angesteuert. Die leistungselektronischen Schaltelemente 17 können beispielsweise als Triacs oder Thyristoren ausgebildet sein. Die leistungselektronische Schaltelemente 17 werden beispielsweise von dem Wasser vor Passieren der Heizstrecke 2 gekühlt.
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Die Ansteuerung der Heizstrecke 2 basiert auf dem ihr zugeführten Volumenstrom, der einen Einschaltschwellwert, d. h. einen Mindestvolumenstrom, passieren muss. Durch das Festlegen des Einschaltschwellwertes wird verhindert, das Wasser an den Heizelementen 14, 15, 16 derart erhitzt wird, dass es zu kochen beginnt, wodu rch es zu Blasenbildung kommt. Das Auftreten von Blasen im Wasser innerhalb der Heizstrecke 2 kann zu einer Überhitzung der Heizelemente 14, 15, 16 bis zu deren Zerstörung führen.
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Mit dem Passieren des Einschaltschwellwertes kann zunächst die Ansteuerung des ersten und des dritten Heizelements 14, 16 in dem ersten und dritten Strömungskanalabschnitt 11 , 13 erfolgen, durch welche jeweils der Gesamtvolumenstrom fließt. Die Ansteuerung der zweiten Heizelemente 15 in den Strängen 12a, 12b des zweiten Strömungskanalabschnitts 12 kann in Abhängigkeit von dem erfassten Volumenstrom oder einem eingestellten höheren Sollwerttemperatur, zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
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Um in Situationen, in denen der dem Durchlauferhitzer 1 zugeführte Volumenstrom den Einschaltschwellwert nicht passiert, das Wasser dennoch erhitzen zu können, ist das Regeln des Einschaltschwellwertes für einen Volumenstrom durch den Durchlauferhitzer 1 basierend auf der Sollwerttemperatur vorgesehen. Durch die Regelung des Einschaltschwellwertes in Abhängigkeit von der Sollwerttemperatur wird vermieden, dass ein für eine bestimmte Sollwerttemperatur zu niedriger Volumenstrom zu einer Beschädigung des Durchlauferhitzers 1 durch Blasenbildung führt. Hierzu sind verschiedene Verläufe des Einschaltschwellwertes in der Steuerungsvorrichtung 5 hinterlegt.
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3 zeigt verschiedene beispielhafte Kennlinienverläufe 18, 19, 20 des Einschaltschwellwertes des Durchlauferhitzers in Abhängigkeit von der Sollwerttemperatur. Neben einem linearen Verlauf 18 sind ein exponentieller und ein logarithmischer Verlauf 19, 20 dargestellt. Die Auswahl einer spezifischen Kennlinie kann betriebssituationsabhängig erfolgen.
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Die Darstellung in 4 veranschaulicht die erfindungsgemäße Regelung. 4 zeigt einen Verlauf 21 des Einschaltschwellwertes in Abhängigkeit von der Sollwerttemperatur. Mit zunehmender Sollwerttemperatur steigt der Einschaltschwellwert für den erforderlichen Volumenstrom an.
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In 5 wird der Zusammenhang zwischen einer Anpassung einer Leistungssteuerung aufgrund der Änderung des Einschaltschwellwertes dargestellt. Das Absenken eines ersten Einschaltschwellwertes 23A, für den einen ersten Volumenstrom 22A erforderlich ist, auf einen niedrigeren zweiten Einschaltschwellwert 23B führt dazu, dass für die Ansteuerung des Durchlauferhitzers 1 ein geringerer zweiter Volumenstrom 22B erforderlich ist. Zugleich wird mit der Absenkung des Einschaltschwellwertes die Leistungssteuerung angepasst, indem von einer höheren ersten Leistungsstufe 24A auf eine niedrigere zweite Leistungsstufe 24B abgesenkt wird.
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In 6 ist beispielhaft eine Leistungsanpassung bei dem gegeben Volumenstrom 22A durch eine Änderung des Einschaltschwellwertes 23A anhand eines Verlaufs 25 der von der Heizstrecke 2 aufgenommen Leistung dargestellt. Der Volumenstrom 22A liegt unterhalb des ersten Einschaltschwellwertes 23A, so dass die Heizstrecke 2 des Durchlauferhitzers 1 nicht angesteuert wird, so dass keine Leistung von der Heizstrecke 2 aufgenommen wird. Das Absenken auf den niedrigeren zweiten Einschaltschwellwert 23B führt dazu, dass die Heizstrecke 2 angesteuert wird, um die Heizelemente 14, 15, und/oder 16 entsprechend einer an den zweiten Einschaltschwellwert 23B angepassten Leistungsstufe 24B zu betreiben. Hierzu wird mittels der Einstellvorrichtung 6 die Sollwerttemperatur reduziert, womit eine Absenkung des Einschaltschwellwertes einhergeht. Dies erlaubt somit die Ansteuerung des Durchlauferhitzers 1 auch bei geringen Volumenströmen, ohne dass es zu einer Beschädigung der Heizstrecke 2 kommt. Das Betreiben des Durchlauferhitzers 1 in verschiedenen Leistungsstufen 24A, 24B in abhängig von dem jeweiligen Einschaltschwellwert 23A, 23B trägt darüber hinaus zu einer Reduzierung der Beanspruchung der Heizstrecke 2 bzw. der Heizelemente 14, 15, 16bei.
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Wird, wie beispielhaft in 6 dargestellt, durch den Fluidstromsensor 3 ein Volumenstrom 22A detektiert, der unterhalb des für den vorgegebenen Sollwerttemperatur sich einstellenden Einschaltschwellwertes 23A liegt, wird mittels der Anzeigevorrichtung 7 ein Hinweis an einen Benutzer ausgegeben, eine manuelle Anpassung der Sollwerttemperatur durchzuführen. Dies erfolgt mittels der Eingabevorrichtung 7.
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Die Steuerungsvorrichtung 5 kann mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet sein, welche es ermöglicht, mit anderen Durchlauferhitzern mittels einer Kommunikationsinfrastruktur, beispielsweise W-Lan oder Internet, zu kommunizieren. Dies ist insbesondere für räumlich benachbarte Durchlauferhitzter vorstellbar, die unter ähnlichen Bedingungen betrieben werden. Auf diese Weise ließe sich eine an einem Durchlauferhitzer vorgenommene Einstellung der Sollwerttemperatur auf andere Durchlauferhitzer übertragen. Entsprechendes gilt, wenn Verläufe für Einschaltschwellenwerte auf die Steuerungsvorrichtung 5 des Durchlauferhitzers 1 übertragen werden.
