DE102022103569B3

DE102022103569B3 - Wasserheizvorrichtung

Info

Publication number: DE102022103569B3
Application number: DE102022103569.7A
Authority: DE
Inventors: Gerold Schulze
Original assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: WO2023155956A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserheizvorrichtung, umfassend einen mit Wasser gefüllten Raum (1), eine zum Aufheizen des Wassers im Raum (1) vorgesehene, elektrische Heizeinrichtung (2) und eine am Raum (1) angeordnete, zur Regelung der Heizeinrichtung (2) vorgesehene Leistungselektronik (3). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik (3) und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden Wandung (1.1) des Raums (1) ein elektrothermischer Wandler (4) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserheizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Wasserheizvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 20 2004 012 263 U1 bekannt. Diese als Durchlauferhitzer ausgebildete Wasserheizvorrichtung besteht aus einem mit Wasser gefüllten Raum, einer zum Aufheizen des Wassers im Raum vorgesehenen, elektrischen Heizeinrichtung und einer am Raum angeordneten, zur Regelung der Heizeinrichtung vorgesehenen Leistungselektronik. Der besagte Raum ist bei der besagten Lösung dabei als wasserführendes Rohr ausgebildet. Zur Kühlung der Leistungselektronik ist vorgesehen, dass deren Triacs entstehende Abwärme an das Wasser im Raum abgeben können. Dabei bestimmt das vorhandene Temperaturgefälle die tatsächlich stattfindende Wärmeübertragung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Wasserheizvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine Wasserheizvorrichtung mit einer präzise zu regelnden Kühlung der Leistungselektronik geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist mit einer Wasserheizvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden Wandung des Raums ein elektrothermischer Wandler, insbesondere ein Peltierelement, vorgesehen ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung somit dadurch aus, dass mit Hilfe des elektrothermischen Wandlers gezielt festlegbar ist, wie viel Wärme von der Leistungselektronik an das Wasser abgegeben werden soll. Oder umgekehrt ausgedrückt: Die Kühlung der Leistungselektronik ist erfindungsgemäß ganz genau regelbar.
Hierbei ist zu beachten, dass der in dieser Anmeldung verwendete Begriff „Regelung“ der Einfachheit halber im Sinne des englischen Begriffs „control“ verwendet wird, d. h. er entspricht entweder, und zwar bevorzugt, einer Steuerung mit Rückkopplung, oder, alternativ, einer Steuerung ohne Rückkopplung. In anderen Worten ausgedrückt könnte die letztgenannte Option im Patentanspruch 1 also auch wie folgt lauten: „zur rückkopplungsfreien Steuerung der Heizeinrichtung“ bzw. „zur rückkopplungsfrei gesteuerten Übertragung von Wärme“.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die Dokumente DE 10 2010 051 736 A1 und EP 2 098 802 A2 als Stand der Technik hingewiesen.
Die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt schematisch

1 im Schnitt die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung.

Die in der einzigen Figur dargestellte Wasserheizvorrichtung besteht in an sich bekannter Weise zunächst aus einem mit Wasser gefüllten Raum 1, einer zum Aufheizen des Wassers im Raum 1 vorgesehenen, elektrischen Heizeinrichtung 2 und einer am Raum 1 angeordneten, zur Regelung der Heizeinrichtung 2 vorgesehenen Leistungselektronik 3.
Der besagte Raum 1 ist dabei bevorzugt wahlweise als Warmwasserspeicher einer Heizungsanlage oder als Durchströmraum (insbesondere Rohr) eines elektrischen Durchlauferhitzers ausgebildet.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung ist nun, dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik 3 und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden, vorzugsweise metallisch ausgebildeten Wandung 1.1 des Raums 1 ein elektrothermischer Wandler 4 vorgesehen ist. Verfahrensmäßig ausgedrückt ist dabei vorgesehen, dass an der Leistungselektronik 3 anfallende Wärme mit Hilfe des elektrothermischen Wandlers 4 auf das im Raum 1 befindliche Wasser übertragen wird. Durch diese Maßgabe ist es dabei letztlich aufgrund der gezielten Nutzung der Abwärme sogar möglich, die Leistungselektronik 3 kleiner als bisher auszubilden.
Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass zur Einstellung der Übertragung von Wärme (also insbesondere der tatsächlichen Wärmemenge) ein durch den elektrothermischen Wandler 4 fließender Strom, vorzugsweise über eine übergeordnete Regeleinrichtung der Wasserheizvorrichtung, regelbar ausgebildet ist.
Hierzu ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass ein Stromversorgungsanschluss 4.1 des elektrothermischen Wandlers 4 elektrisch mit einem Stromabgabeanschluss 3.1 der Leistungselektronik 3 verbunden ausgebildet ist. Oder nochmals in etwas anderen Worten: Die Leistungselektronik 3 und der elektrothermische Wandler 4 sind vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden und vom gleichen Strom durchflossen ausgebildet.
Insbesondere für den Fall, dass die Wasserheizvorrichtung in einer vergleichsweise warmen Umgebung angeordnet ist, ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass der elektrothermische Wandler 4 zur Aufnahme von Wärme aus den elektrothermischen Wandler 4 umgebender Luft ausgebildet ist.
Um das Wasser im Raum 1 besonders effizient aufheizen zu können, ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Heizeinrichtung 2 als im Raum 1 angeordnete Widerstandsheizung, insbesondere als Heizstab, ausgebildet ist.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leistungselektronik 3 wahlweise mindestens einen Thyristor, einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor und/ oder einen anderen Halbleiter aufweist.
Schließlich ist (noch genauer betrachtet) ganz besonders bevorzugt vorgesehen, dass der elektrothermische Wandler 4 als Peltier-Element ausgebildet ist (siehe hierzu auch https:// de.wikipedia.org/w/index.php?title=Peltier-Element&oldid=213265538).
Bezugszeichenliste

1: Raum
1.1: Wandung
2: Heizeinrichtung
3: Leistungselektronik
3.1: Stromabgabeanschluss
4: elektrothermischer Wandler
4.1: Stromversorgungsanschluss

Claims

Wasserheizvorrichtung, umfassend einen mit Wasser gefüllten Raum (1), eine zum Aufheizen des Wassers im Raum (1) vorgesehene, elektrische Heizeinrichtung (2) und eine am Raum (1) angeordnete, zur Regelung der Heizeinrichtung (2) vorgesehene Leistungselektronik (3), dadurch gekennzeichnet, dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik (3) und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden Wandung (1.1) des Raums (1) ein elektrothermischer Wandler (4) vorgesehen ist.
Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Übertragung von Wärme ein durch den elektrothermischen Wandler (4) fließender Strom regelbar ausgebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromversorgungsanschluss (4.1) des elektrothermischen Wandlers (4) elektrisch mit einem Stromabgabeanschluss (3.1) der Leistungselektronik (3) verbunden ausgebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrothermische Wandler (4) zur Aufnahme von Wärme aus den elektrothermischen Wandler (4) umgebender Luft ausgebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (1) wahlweise als Warmwasserspeicher einer Heizungsanlage oder als Durchströmraum eines elektrischen Durchlauferhitzers ausgebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (2) als im Raum (1) angeordnete Widerstandsheizung ausgebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (3) wahlweise mindestens einen Thyristor, einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor und/oder einen anderen Halbleiter aufweist.
Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrothermische Wandler (4) als Peltier-Element ausgebildet ist.
Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (1.1) metallisch ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Leistungselektronik (3) anfallende Wärme mit Hilfe des elektrothermischen Wandlers (4) auf das im Raum (1) befindliche Wasser übertragen wird.