DE10322366B4

DE10322366B4 - Heizvorrichtung für eine Flüssigkeit in einem Becken

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Publication number: DE10322366B4
Application number: DE10322366A
Authority: DE
Inventors: Karsten Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Xylem IP Holdings LLC
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE10322366A1

Abstract

Heizvorrichtung für eine Flüssigkeit in einem Becken (12), umfassend eine Durchlaufstrecke (18), welche außerhalb eines Flüssigkeitsaufnahmeraums (14) des Beckens (12) positionierbar ist und durch ein Rohr (32) gebildet ist, einen in der Durchlaufstrecke (18) angeordneten Heizer (33), an welchem die Flüssigkeit zur Erhitzung vorbeiströmt, und mindestens ein Heizelement (34), welches in dem Heizer (33) angeordnet ist, wobei ein Temperatursensor (52) vorgesehen ist, welcher bezüglich des Heizers (33) in einer solchen thermischen Verbindung stehend angeordnet ist, daß sich eine Temperatur des Heizers (33) ermitteln läßt und sich über den Temperatursensor (52) absolute Temperaturen und Temperaturänderungen ermitteln lassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (52) an einer Außenseite des Rohrs (32) an einem abgeflachten oder vertieften Bereich (44) des Rohrs (32) angeordnet ist, und daß bezogen auf einen Abstand zwischen einer Längsrichtung des Heizers (33) und einer Begrenzungswand (46) des Rohrs (32) der Heizer (33) an dem abgeflachten oder vertieften Bereich (44) oder...

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für eine Flüssigkeit in einem Becken, umfassend eine Durchlaufstrecke, welche außerhalb eines Flüssigkeitsaufnahmeraums des Beckens positionierbar ist und durch ein Rohr gebildet ist, einen in der Durchlaufstrecke angeordneten Heizer, an welchem die Flüssigkeit zur Erhitzung vorbeiströmt, und mindestens ein Heizelement, welches in dem Heizer angeordnet ist, wobei ein Temperatursensor vorgesehen ist, welcher bezüglich des Heizers in einer solchen thermischen Verbindung stehend angeordnet ist, daß sich eine Temperatur des Heizers ermitteln läßt und sich über den Temperatursensor absolute Temperaturen und Temperaturänderungen ermitteln lassen.
Eine Heizvorrichtung für eine Flüssigkeit in einem Becken, umfassend eine Durchlaufstrecke, welche außerhalb eines Flüssigkeitsaufnahmeraums des Beckens positionierbar ist, einen in der Durchlaufstrecke angeordneten Heizer, an welchem die Flüssigkeit zur Erhitzung vorbeiströmt, und mindestens ein Heizelement, welches in dem Heizer angeordnet ist, die insbesondere für einen Whirlpool (Spa) oder eine Badewanne eingesetzt wird, ist beispielsweise unter der Bezeichnung Laing Infinity Heater bekannt.
Die Heizung basiert dabei auf dem Prinzip der Durchlauferhitzung, d. h. es wird Flüssigkeit aus dem Becken ausgekoppelt und beim Durchlaufen der Durchlaufstrecke erhitzt. Erhitzte Flüssigkeit wird dann wieder in das Becken eingekoppelt. Es stellt sich dabei das grundsätzliche Problem, daß Störungen auftreten können, die zu einem Trockenlauf der Durchlaufstrecke führen. In der Durchlaufstrecke strömt dann eine verringerte Flüssigkeitsmenge oder es strömt überhaupt keine Flüssigkeit. In solchen Fällen ist die Abschaltung der Heizung notwendig.
Aus der US 6,476,363 B1 ist ein Trockenfeuerschutzsystem für ein Spa bekannt, bei dem ein Wasserpegelsensor zur Überwachung eines Wasserpegels vorgesehen ist und ein Heizelement-Deaktivierungsgerät ein Heizelement deaktiviert, wenn ein Signal von dem Wasserpegelsensor anzeigt, daß der Wasserpegel unterhalb einen vorbestimmten Pegel gefallen ist.
Aus der DE 199 07 129 A1 ist eine Friteuse mit mindestens einem elektrischen Heizkörper bekannt, wobei ein Temperatursensor in solcher Nähe zu dem Heizkörper angeordnet ist, daß er auf dessen Temperatur auch dann schnell reagiert, wenn sich in einem Gefäß für flüssiges Öl kein Öl befindet; ferner ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Funktion des Temperatursensors die elektrische Stromversorgung für den Heizkörper abschaltet, wenn die vom Temperatursensor ermittelte Temperatursituation mindestens einem vorbestimmten Kriterium entspricht, jedoch die Stromversorgung für einen normalen Betrieb des Heizkörpers freigibt, wenn solche Kriterien nicht vorliegen.
Aus der DE 197 40 724 A1 ist ein Temperaturfühler mit einem Gehäuse und einem Temperatursensor bekannt, wobei eine Anlegefläche des Gehäuses mit Befestigungsmitteln an einem Rohr oder auf einer ebenen Fläche so befestigbar ist, daß ein guter Wärmekontakt vom Rohr zum Temperatursensor gegeben ist.
Aus der US 5,442,157 A ist eine Steuerungs-/Sicherheitsvorrichtung bekannt, welche einen oder mehrere Temperatursensoren aufweist, welche strategisch auf einem Wasserheizergefäß an einem Pegel an oder oberhalb eines kritischen Wasserpegels positioniert sind.
Aus der US 6,084,218 A ist eine Heizvorrichtung zur Verwendung bei Spas und dergleichen bekannt, welche einen Steuerkreis umfaßt, der die elektrische Beaufschlagung des Heizers steuert.
Aus der US 2002/0050490 A1 ist ein Wasserheizer bekannt, welcher mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher an oder in der Nähe des Wasserheizers positioniert ist und mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher an oder in der Nähe einer Heizfläche zur Temperaturdetektion positioniert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine optimale Abschaltsteuerung der Heizung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Heizvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Temperatursensor an einer Außenseite des Rohrs an einem abgeflachten oder vertieften Bereich des Rohrs angeordnet ist, und daß bezogen auf einen Abstand zwischen einer Längsrichtung des Heizers und einer Begrenzungswand des Rohrs der Heizer an dem abgeflachten oder vertieften Bereich oder in unmittelbarer Nähe des abgeflachten oder vertieften Bereichs sitzt.
Wenn Flüssigkeit in der Durchlaufstrecke strömt, dann stellen sich im störungsfreien Fall stationäre Temperaturbedingungen ein; der Heizer heizt die Flüssigkeit und durch die an dem Heizer vorbeiströmende Flüssigkeit wird Wärme von dem Heizer abgeführt. Bei Verringerung der Flüssigkeitsmenge oder gar Ausfall der Strömung wird die Temperatur von dem Heizelement des Heizers nur noch partiell oder gar nicht mehr abgeführt. Diese Erwärmung wird durch den Temperatursensor detektiert. Durch die Anordnung des Temperatursensors lassen sich Abweichungen von den stationären Temperaturbedingungen genau und mit kurzen Reaktionszeiten messen. Es lassen sich dann Störungen frühzeitig erkennen, um dann entsprechend auch die Heizung frühzeitig abschalten zu können. Aufgrund kurzer Reaktionszeiten und hoher Genauigkeit, die durch die thermische Verbindung zwischen dem Heizer und dem Temperatursensor bedingt ist, lassen sich Störungen auch bewerten, um so beispielsweise zu ermitteln, ob es sich um einen kritischen Störfall handelt, der eine dauerhafte Abschaltung der Heizung notwendig macht, oder ob es sich um einen eher unkritischen Störungsfall handelt, der eine dauerhafte Abschaltung nicht notwendig macht. Es läßt sich dann eine Abschaltsteuerung realisieren, die einerseits einen unnötigen Eingriff eines Bedieners aufgrund unkritischer Störungen nicht notwendig macht, aber andererseits mit kurzer Reaktionszeit bei kritischen Störungen eine dauerhafte Abschaltung der Heizung des Heizers bewirkt. Bei kritischen Störfällen hat beispielsweise ein Bediener für eine Entstörung zu sorgen, während bei unkritischen Störfällen ein Bedienereingriff nicht notwendig ist.
Dadurch, daß erfindungsgemäß neben absoluten Temperaturen auch Temperaturänderungen ermittelbar sind, läßt sich erkennen, ob ein Temperaturanstieg auf einen Trockenlauf oder auf einen verringerten Flüssigkeitsdurchsatz durch die Durchlaufstrecke zurückzuführen ist. Insbesondere läßt sich erkennen – und zwar frühzeitig erkennen – ob die Flüssigkeitsförderung durch die Durchlaufstrecke unterbrochen ist. Es wird dann die Heizung sofort abgeschaltet und dabei ein Trockenlauf verhindert. Daneben läßt sich auch erkennen, ob ein Trockenlauf vorhanden ist, um so eine zusätzliche Sicherheit zu erhalten.
Erfindungsgemäß läßt sich eine "intelligente" Trockenlaufüberwachung realisieren, bei der unkritische Störungsfälle erkannt werden können.
Der Temperatursensor ist an einer Außenseite eines Rohrs angeordnet, welches die Durchlaufstrecke bildet. Der Temperatursensor läßt sich dann auf einfache Weise an dem Rohr positionieren. Leitungen, welche den Temperatursensor mit einer Auswerteeinrichtung verbinden, lassen sich auf einfache Weise führen. Der Herstellungsaufwand ist dadurch minimiert.
Der Temperatursensor steht vorteilhafterweise in direktem Wärmekontakt mit dem Heizer. Wie unten noch erläutert wird, kann zwischen dem Heizer und einem wärmeleitenden Element, an welches der Temperatursensor thermisch gekoppelt ist, ein kleiner Spalt gebildet sein, so daß sich der Heizer und dieses wärmeleitende Element nicht direkt berühren. Der Spalt ist dabei aber so klein gewählt, daß der Wärmeübergang noch ausreicht, daß der Temperatursensor die Termperatur des Heizers früh genug erkennt, um auch bei Trockenlauf Schäden zu vermeiden.
Das Rohr, welches die Durchlaufstrecke bildet, weist einen abgeflachten oder vertieften Bereich auf, an welchem der Temperatursensor angeordnet ist. Durch einen solchen zurückgesetzten Bereich läßt sich der Temperatursensor näher an dem Heizer anordnen, so daß der thermische Kontakt verbessert wird. Dadurch wiederum läßt sich die Temperatur des Heizers mit kurzen Verzögerungszeiten ermitteln. Weiterhin ist es dann möglich, Temperaturanstiege genau auswerten zu können. Ein solcher abgeflachter Bereich läßt sich auf einfache Weise an dem Rohr herstellen.
Bezogen auf einen Abstand zwischen einer Längsrichtung des Heizers und einer Begrenzungswand des Rohrs sitzt der Heizer an dem abgeflachten oder vertieften Bereich oder in unmittelbarer Nähe des abgeflachten oder vertieften Bereichs. Dadurch läßt sich der Abstand zwischen der Begrenzungswand und dem Heizer minimieren, um so für einen guten thermischen Kontakt zu sorgen.
Ferner ist es günstig, wenn der abgeflachte oder vertiefte Bereich eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweist. Es läßt sich dann eine gute thermische Kontaktierung zwischen dem Temperatursensor und dem Rohr in dem zurückgesetzten Bereich erreichen, so daß wiederum ein guter thermischer Kontakt herstellbar ist.
Es ist grundsätzlich möglich, daß der Heizer die Begrenzungswand des Rohrs auf einer Innenseite des Rohrs berührt. Es kann auch vorgesehen sein, daß zwischen dem Heizer und einer Innenwand des Rohrs im abgeflachten oder vertieften Bereich ein von Flüssigkeit durchströmbarer Spalt liegt. Dieser Spalt ist dabei so klein, daß der Wärmeübergang nicht wesentlich verschlechtert wird. Eine typische Größenordnung für die Spaltgröße (quer zu einer Längsrichtung des Rohrs) liegt im Bereich von 0,1 mm. Durch das Vorsehen eines Spalts läßt sich eine verbesserte Unterscheidung zwischen Trockenlauf und verringertem Durchsatz erreichen: Der Spalt stellt einen Zwischenraum zwischen dem Heizer und der Innenwand des Rohrs bereit. Wenn der Spalt von Flüssigkeit durchströmt ist, dann liegt eine gute Wärmeübertragung vor. Ohne sich im Spalt befindliche Flüssigkeit ("Luftfüllung" des Spalts) hat er jedoch die Wirkung eines thermischen Isolators und der Wärmeübergang ist verschlechtert. Der Spalt hat damit eine Art von Diskriminatorfunktion, welcher bei Trockenlauf eine unterscheidbare Signaländerung bewirkt.
Günstigerweise ist das mindestens eine Heizelement ein elektrisches Widerstandselement, welches eine Erstreckung in einer Längsrichtung des Heizers aufweist. Durch ein solches Heizelement läßt sich eine effektive Erhitzung der an dem Heizer vorbeiströmenden Flüssigkeit erreichen. Ein entsprechendes Heizelement läßt sich auf effektive Weise in dem Heizer einbetten.
Es ist günstig, wenn mindestens eine thermische Schmelzsicherung vorgesehen ist, über welche bei Überschreiten einer kritischen Temperatur der elektrische Stromkreis für das mindestens eine Heizelement unterbrechbar ist. Es wird dabei unabhängig von einer Temperaturmessung eine Notabschaltung erreicht. Fällt beispielsweise der Temperatursensor aus, dann wird bei Überschreiten der kritischen Temperatur auf jeden Fall eine "Hardware-Abschaltung" der Heizung durchgeführt.
Günstigerweise ist dabei die mindestens eine thermische Schmelzsicherung in der Nähe des Temperatursensors angeordnet. Beispielsweise ist die thermische Schmelzsicherung an einem abgeflachten oder vertieften Bereich angeordnet, an dem ebenfalls der Temperatursensor angeordnet ist. Durch den abgeflachten bzw. vertieften Bereich ist eine geringe Distanz zu dem Heizer vorgegeben, so daß eine Temperaturerhöhung und insbesondere Überschreitung der kritischen Temperatur sich mit geringer Verzögerung auf die Schmelzsicherung auswirkt.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche die Signale des Temperatursensors auswertet. Über diese Auswerteeinrichtung läßt sich eine Temperaturwächtereinrichtung ausbilden, die eine gewisse Intelligenz aufweist. Es lassen sich Störungen erkennen, die reversibel sind und die nur eine zeitlich begrenzte Abschaltung der Heizung notwendig machen. Es lassen sich aber auch kritische Störfälle wie insbesondere Trockenlauf erkennen, die eine dauerhafte Abschaltung der Heizung notwendig machen.
Insbesondere ist es dabei vorgesehen, daß durch die Auswerteeinrichtung mittels der Signale des Temperatursensors erkennbar ist, ob ein verringerter Volumendurchsatz von Flüssigkeit durch die Durchlaufstrecke vorliegt und insbesondere, ob der Volumendurchsatz unterbrochen ist. Ein verringerter Volumendurchsatz kann auf eine Unterbrechung der Pumpenförderung zurückzuführen sein oder auf eine Verstopfung einer Austrittsstelle an einem Becken, welche mit einer Eintrittsstelle der Durchlaufstrecke verbunden ist. Wenn ein verringerter Volumendurchsatz und insbesondere eine Nullförderung erkannt wird, dann wird die Heizung abgeschaltet. Durch den Temperaturanstieg (Steigung) ist unterscheidbar, ob es sich um eine plötzliche Durchsatzverringerung handelt, die in aller Regel bei Wiedereinschalten nach einer Wartezeit aufgehoben ist, oder ob ein allmählicher Temperaturanstieg vorliegt, was einen besonderen Eingriff erfordert. Eine plötzliche Durchsatzverringerung kann auftreten, wenn eine Person in dem Becken sich vor einem Flüssigkeitsauslaß positioniert und diesen blockiert. Eine allmähliche Durchsatzverringerung ist beispielsweise auf Filterverschmutzung zurückzuführen.
Es ist aber auch weiterhin möglich, daß durch die Auswerteeinrichtung mittels der Signale des Temperatursensors erkennbar ist, ob ein Trockenlauf des Heizers vorliegt. Dies läßt sich wiederum insbesondere aus dem Temperaturanstieg erkennen; ein steiler Temperaturanstieg deutet auf einen Trockenlauf, während ein flacherer Temperaturanstieg auf einen verringerten Volumendurchsatz zurückzuführen ist.
Besonders günstig ist es dann, wenn durch die Auswerteeinrichtung reversible und irreversible Störungen erkennbar sind, insbesondere über die Art des Temperaturanstiegs.
Ferner ist es günstig, wenn über die Auswerteeinrichtung eine Zirkulationspumpe abschaltbar ist. Insbesondere wird die Zirkulationspumpe bei Unterschreiten eines Mindestdurchsatzes durch die Auswerteeinrichtung abgeschaltet. Dadurch wird verhindert, daß die Zirkulationspumpe betrieben wird, wenn kein Flüssigkeitsdurchsatz durch diese stattfindet. So lassen sich wiederum Beschädigungen der Zirkulationspumpe vermeiden, die durch einen Nulldurchsatz oder durch Trockenlauf bewirkt werden.
Eine kompakte Heizvorrichtung läßt sich aufbauen, wenn eine Signalleitung zur Steuerung der Abschaltung der Zirkulationspumpe oder eine elektrische Energieversorgungsleitung zur Zirkulationspumpe durch den Heizer durchgeführt ist. Es läßt sich dann mittels der Auswerteeinrichtung die Zirkulationspumpe abschalten, indem ein Abschaltsignal an die Pumpe geliefert wird oder die Energieversorgung beispielsweise über ein Relais unterbrochen wird.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein freier Querschnitt der Durchlaufstrecke so dimensioniert ist, daß ein Trockenlauf des Heizers beim Durchsatz von Flüssigkeit oberhalb eines Mindestdurchsatzes verhindert ist. Ein Strömungskanal der Durchlaufstrecke ist entsprechend schmal, um einen Trockenlauf zu verhindern. Dies bedeutet, daß ein Trockenlauf nur dann entstehen kann, wenn der Durchsatz unterhalb des Mindestdurchsatzes liegt und insbesondere wenn ein Nulldurchsatz vorliegt. Über die Auswertung des Temperaturanstiegs läßt sich aber überwachen, ob ein Mindestdurchsatz erreicht ist. Durch eine frühzeitige Abschaltung läßt sich somit ein Trockenlauf verhindern. Durch die entsprechende Dimensionierung der Durchlaufstrecke wiederum ist es möglich, den Temperatursensor längs der Durchlaufstrecke grundsätzlich an einer beliebigen Stelle anzuordnen. Er muß nicht unbedingt an einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung höchsten Stelle angeordnet werden.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Becken, an welchem ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung montiert ist;
2 eine Seitenansicht der Heizvorrichtung gemäß 1 in der Richtung A;
3 eine Draufsicht auf einen Rohrbereich der Heizvorrichtung, an welchem ein Temperatursensor angeordnet ist;
4 eine Schnittansicht des Rohrs gemäß 3 längs der Linie 4-4 und
5 schematisch den Temperaturverlauf über der Zeit bei Trockenlauf (steile Kurve) und bei blockiertem Einlauf oder Auslauf (flachere Kurve).
Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung, von der ein Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt und dort als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, wird zur Heizung einer Flüssigkeit in einem Becken 12 eingesetzt. Das Becken 12 weist einen Aufnahmeraum 14 für die Flüssigkeit auf, welcher innerhalb von Beckenwänden 16 gebildet ist.
Bei dem Becken 12 mit in dem Aufnahmeraum 14 aufgenommener Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um einen Whirlpool oder um eine Badewanne mit zu beheizendem Wasser.
Die Heizvorrichtung 10 ist außerhalb des Aufnahmeraums 14 angeordnet und beispielsweise an einer Außenseite der Beckenwand 16 positioniert oder an einem entsprechenden Haltegestell bezüglich des Beckens 12 positioniert. Die Heizvorrichtung 10 umfaßt eine Durchlaufstrecke 18, welche außerhalb des Aufnahmeraums 14 angeordnet ist und welche eine Heizstrecke umfaßt, in welcher die Flüssigkeit aufheizbar ist.
Die Durchlaufstrecke 18 weist ein Eintrittsende 20 auf, über welches Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum 14 in die Durchlaufstrecke 18 eintreten kann. Dazu ist die Beckenwand 16 mit einer durchgehenden Ausnehmung versehen und insbesondere durchbrochen, so daß Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum 14 durch die Heizvorrichtung 10 führbar ist.
Ferner weist die Durchlaufstrecke 18 ein Austrittsende 22 auf, welches in fluidwirksamer Verbindung mit einer Eintrittsstelle 24 für durch die Heizvorrichtung 10 aufgeheizte Flüssigkeit in den Aufnahmeraum 14 steht. Das Austrittsende 22 ist dabei insbesondere direkt fluidwirksam an die Eintrittsstelle 24 gekoppelt sein. Es kann auch vorgesehen sein, daß, wie in 1 gezeigt, das Austrittsende 22 der Durchlaufstrecke 18 an einen Eingang einer Zirkulationspumpe 26 gekoppelt ist, wobei dann ein Ausgang 28 der Zirkulationspumpe 26 an die Eintrittsstelle 24 in den Aufnahmeraum 14 des Beckens 12 gekoppelt ist.
Bei Whirlpools ist üblicherweise eine Ozonisierungsvorrichtung 30 vorgesehen, welche der Eintrittsstelle 24 für Flüssigkeit in den Aufnahmeraum 14 (bezogen auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit) vorgeschaltet ist und beispielsweise zwischen der Eintrittsstelle 24 und dem Ausgang 28 der Zirkulationspumpe 26 angeordnet ist. Über die Ozonisierungsvorrichtung 30 läßt sich die in den Aufnahmeraum 14 des Beckens 12 eingekoppelte Flüssigkeit zuvor über Ozonisierung desinfizieren. Die Ozonisierungsvorrichtung 30 ist der Heizvorrichtung 10 und insbesondere deren Durchlaufstrecke 18 nachgeschaltet.
Bei Badewannen ist üblicherweise keine Ozonisierungsvorrichtung vorgesehen, d. h. der Ausgang 28 der Zirkulationspumpe 26 ist direkt an die Eintrittsstelle 24 des Aufnahmeraums 14 gekoppelt.
Bei an dem Becken 12 positionierter Heizvorrichtung 10 liegt bei Whirlpools üblicherweise das Eintrittsende 20 der Durchlaufstrecke 18 der Heizvorrichtung 10 bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des Austrittsendes 22 der Durchlaufstrecke 18. Damit wird Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum 14 auf einem höheren Niveau entnommen als wieder in den Aufnahmeraum 14 eingekoppelt.
Bei Badewannen ist üblicherweise das Austrittsende der Durchlaufstrecke auf einem höheren Niveau als das Eintrittsende, d. h. zu erhitzende Flüssigkeit wird aus dem Becken unten entnommen und heiße Flüssigkeit strömt oberhalb in das Becken.
Die Durchlaufstrecke 18 ist in einem Rohr 32 gebildet, welches insbesondere biegbar ist, um so die Heizvorrichtung 10 optimal an dem Becken 12 positionieren zu können.
Das Rohr 32 weist eine Erstreckung in einer Längsrichtung auf, um so eben die Durchlaufstrecke 18 für die aus dem Aufnahmeraum 14 ausgekoppelte Flüssigkeit zu bilden. Diese Erstreckung ist nicht notwendigerweise linear.
In dem Rohr 32 und damit in der Durchlaufstrecke ist ein Heizer 33 mit mindestens einem Heizelement 34 (4) angeordnet, welcher sich längs des Rohrs 32 angepaßt an dessen Verlauf und insbesondere dessen Krümmungen in diesem erstreckt. Das mindestens eine Heizelement 34 folgt diesem Verlauf. Bei dem mindestens einen Heizelement 34 handelt es sich insbesondere um ein elektrisches Widerstandsheizelement. Über ein solches Heizelement 34 läßt sich die an dem Heizer 33 vorbeiströmende Flüssigkeit längs einer relativ langen Strecke erhitzen, wobei die spezifische Flächenleistungsdichte gering haltbar ist.
Der in dem Rohr 32 angeordnete Heizer 33 ist vorzugsweise als Heizstab 36 ausgebildet. Dieser Heizstab 36 umfaßt eine einzige oder eine Mehrzahl von sich in seiner Längsrichtung erstreckenden Ausnehmungen 38 mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt. Bei dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine einzelne Ausnehmung vorgesehen. In der Ausnehmung 38 ist das Heizelement 34 angeordnet.
Der Heizstab 36 weist eine metallische Hülle 40 auf, welche als Schutzmantel für einen Vollmaterialbereich 42 dient (4). In diesem Vollmaterialbereich 42 wiederum ist die Ausnehmung 38 gebildet. Der Werkstoff für den Vollmaterialbereich 42 ist ein Festkörpermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit, welches elektrisch isolierend ist. Beispielsweise kann als solcher Werkstoff Magnesiumoxid eingesetzt werden.
Das Heizelement 34 ist von dem Vollmaterial umgeben, wobei es den Vollmaterialbereich berührt, um Wärmekontakt herzustellen. (In 4 ist die Berührung aus Darstellungsgründen nicht gezeigt.)
Der Heizstab 36 ist fest in dem Rohr 32 angeordnet und insbesondere mit dem Rohr 32 biegbar. Beispielsweise wird der Heizstab 36 mit dem Heizelement 34 in dem Rohr 32 fest positioniert und bei der Biegung des Rohrs 32 in die gewünschte Position wird der Heizstab 36 mitgebogen.
Das Rohr 32 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Außenquerschnitt und einen kreisförmigen Innenquerschnitt auf. Abweichend davon ist ein begrenzter, abgeflachter Bereich oder vertiefter Bereich 44 (3 und 4) vorgesehen, an welchem der Abstand zwischen einer Begrenzungswand 46 des Rohrs 32 und dem Heizer 33 quer zur Längsrichtung des Heizers zu verringert ist.
Der abgeflachte Bereich 44 erstreckt sich dabei in Längsrichtung 48 des Rohrs 32 in einem endlichen Bereich und insbesondere nicht über die gesamte Länge des Rohrs 32.
Der abgeflachte Bereich 44 weist eine Außenseite 50 auf, welche im wesentlichen eben ist. Die entsprechende Ebene hat eine Normalenrichtung, die quer und insbesondere senkrecht zur Längsrichtung des Heizers 33 orientiert ist. An dieser Außenseite 50 sitzt ein Temperatursensor 52, bei dem es sich insbesondere um einen Halbleiter-Temperatursensor handelt. Der Temperatursensor 52 ist dabei so angeordnet, daß er in minimiertem Abstand zu dem Heizer 33 liegt. Insbesondere ist er mittig an dem abgeflachten Bereich 44 des Rohrs 32 angeordnet.
Der Temperatursensor 52 steht in Wärmekontakt mit der Begrenzungswand 46 des abgeflachten Bereichs 44. Beispielsweise ist zwischen dem Temperatursensor 52 und der Begrenzungswand 46 eine Wärmepaste 54 oder dergleichen angeordnet, um eben für einen guten Wärmekontakt zu sorgen.
Es kann ferner vorgesehen sein, daß der Temperatursensor 52 über eine Feder 56 an die Begrenzungswand 46 gedrückt wird, um so für einen guten mechanischen Kontakt zu sorgen, welcher wiederum Voraussetzung für einen guten thermischen Kontakt ist.
Die Feder 56 stützt sich dabei an einer Rückseite einer Platine 58 ab, welche elektrische Schaltungselemente für den Temperatursensor 52 trägt. Auf dieser Platine 58 ist insbesondere eine Auswerteeinrichtung 60 angeordnet.
Die Begrenzungswand 46 steht in Wärmekontakt mit dem Heizer 33. Es kann dabei vorgesehen sein, daß der Heizer 33 eine Innenseite der Begrenzungswand 46 berührt und so ein unmittelbarer Wärmekontakt hergestellt ist.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Heizer 33 in einem kleinen Abstand d von der Innenseite dieser Begrenzungswand 46 entfernt positioniert, so daß hier ein Spalt 62 gebildet ist, welcher von Flüssigkeit durchströmbar ist. Dieser Spalt 62 weist eine solche kleine Ausdehnung bezüglich des Abstands zwischen der Begrenzungswand 46 und des Heizers 33 auf, daß durch den Spalt 62 bei dazwischenliegender Flüssigkeit ein guter Wärmeübergang von dem Heizer 33 auf die Begrenzungswand 46 erfolgt. Eine typische Größenordnung für die Ausdehnung dieses Spalts 62 in einer Querrichtung 64 rechtwinklig zur Längsrichtung des Rohrs 32 beträgt 0,1 mm.
In dem abgeflachten Bereich 44 ist auch noch (mindestens) eine thermische Schmelzsicherung 66 (3) angeordnet. Diese Schmelzsicherung 66 liegt dabei in der Nähe des Temperatursensors 52. Sie ist mit dem thermischen Heizelement 34 verbunden und beispielsweise an dieses angepreßt. Wenn eine kritische Temperatur überschritten wird, dann schmelzen entsprechende Leitungen und der über das Heizelement 34 gebildete Stromkreis wird unterbrochen. Damit wiederum wird die Heizung des Heizelements 34 unterbrochen, da dieses nicht mehr von elektrischem Strom durchströmt wird.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung funktioniert wie folgt:
Wenn Flüssigkeit den Heizer 33 umströmt, dann nimmt diese Flüssigkeit Wärme auf und führt sie von dem Heizer 33 ab. Ist der Flüssigkeitsdurchsatz verringert oder liegt sogar ein zumindest teilweiser Trockenlauf des Heizers 33 vor, dann kann der Heizer 33 nur in verringertem Umfang Wärme abgeben oder sogar gar keine Wärme mehr abgeben und dessen Temperatur erhöht sich.
Durch die Anordnung des Temperatursensors 52 mit minimiertem Abstand zu dem Heizer 33 und Vorliegen eines direkten Wärmekontakts zwischen dem Heizer 33 und dem Temperatursensor 52 läßt sich eine Temperaturerhöhung mit minimierter Verzögerung über den Temperatursensor 52 genau erfassen.
Über den Temperatursensor 52 sind dabei absolute Temperaturen ermittelbar und zeitliche Temperaturänderungen. Aus den Temperaturänderungen kann insbesondere über die Größe eines zeitlichen Anstiegs auf die Ursache der Temperaturänderung geschlossen werden. Dies ist in 5 angedeutet:
Eine Verringerung des Durchsatzes beispielsweise durch eine Blockade der Zirkulationspumpe 26 führt zu einem zeitlich langsamen Temperaturanstieg, wie durch den Temperaturverlauf 68 angedeutet. Bei einem Trockenlauf der Durchlaufstrecke 18 kann Dampf entstehen oder es ist Luft eingedrungen; der Temperaturverlauf ist dann in der Zeit sehr viel steiler, wie durch den Temperaturverlauf mit dem Bezugszeichen 70 in der 5 angedeutet. Die Auswerteeinrichtung 60 kann nun eben erkennen und insbesondere aus der Steigung des Temperaturverlaufs erkennen, ob ein Trockenlauf vorliegt, der eine sofortige dauerhafte Abschaltung notwendig macht, weil eine als nicht reversibel erachtete Störung aufgetreten ist, wie beispielsweise ein Trockenlauf mit Dampfbildung.
Wird eine Durchsatzverringerung festgestellt beispielsweise über einen Temperaturanstieg, der eine gewisse Grenze überschreitet, was auf eine Durchsatzverringerung unterhalb einer Mindestdurchsatzgrenze deutet, dann wird die Heizung ebenfalls abgeschaltet. Es können dann Signale an eine übergeordnete Steuerungsvorrichtung bzw. Regelungsvorrichtung für das Becken 12 abgegeben werden, um entsprechende Korrekturvorgänge einzuleiten bzw. diese werden direkt eingeleitet. Beispielsweise wird nach einer bestimmten Zeit bei Störungen, die als reversibel erachtet werden, die Heizung wieder eingeschaltet, ohne daß ein externer Bedienereingriff notwendig ist.
Wenn ein verringerter Durchsatz und insbesondere ein Durchsatz unter einer Mindestgrenze detektiert wird, was beispielsweise auf eine Nullförderung der Zirkulationspumpe 26 zurückzuführen ist, auf verstopfte Filter oder auf eine verstopfte Eintrittsstelle 24, dann wird die Heizung abgeschaltet. Darüber hinaus kann ein Trockenlauf des Heizers 33 vermieden werden. Darüber hinaus ist es noch vorgesehen, daß die Auswerteeinrichtung 60 ein Abschaltsignal an die Zirkulationspumpe 26 liefert, um einen Pumpenlauf bei fehlender Förderung zu verhindern und damit wiederum die Gefahr von Beschädigungen der Zirkulationspumpe 26 zu minimieren.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß eine Signalleitung von der Auswerteeinrichtung 60 durch den Heizer 33 zu der Zirkulationspumpe 26 geführt ist; die Auswerteeinrichtung 60 generiert ein entsprechendes Abschaltsignal, welches durch diese Leitung an die Zirkulationspumpe 26 weitergebbar ist. Es kann alternativ vorgesehen sein, daß eine Energieversorgungsleitung für die Zirkulationspumpe 26 durch den Heizer 33 durchgeführt ist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung 60 die Energieversorgung zur Abschaltung der Zirkulationspumpe 26 unterbrechbar ist; beispielsweise ist dazu auf der Platine 58 ein Relais angeordnet, an das die Energieversorgungsleitung gekoppelt ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Temperatursensors 52 und durch die Erkennbarkeit von Temperaturanstiegen – qualitativ und quantitativ – läßt sich ein solcher verringerter Durchsatz erkennen.
Dazu trägt auch der Spalt 62 bei: Wenn in dem Spalt 62 Flüssigkeit strömt, dann liegt ein hoher Wärmeübertrag auf die Begrenzungswand 46 vor, im Gegensatz zu dem Fall, wenn sich Luft in dem Spalt 62 befindet. Dadurch wird eine stärkere Unterscheidung zwischen den Fällen verringerter Durchsatz und Trockenlauf erreicht, die wiederum die Auswertegenauigkeit erhöht.
Es ist vorgesehen, daß die Durchlaufstrecke 18 insbesondere bezüglich eines freien Strömungsquerschnitts so ausgebildet ist und einen derart schmalen Strömungskanal aufweist, daß ein Trockenlauf nur bei Unterbrechung der Flüssigkeitsförderung durch die Durchlaufstrecke 18 entsteht. Dies bedeutet, daß ein Trockenlauf durch Unterbrechung der Förderung der Flüssigkeit in der Durchlaufstrecke 18 bewirkt wird. Erfindungsgemäß läßt sich aber ein verringerter Durchsatz und auch eine Unterbrechung des Durchsatzes erkennen, so daß vor Entstehen eines Trockenlaufs die Heizung abgeschaltet wird.
Dadurch wiederum ist es möglich, den Temperatursensor 52 an einer beliebigen Stelle längs der Durchlaufstrecke 18 gegenüber dem Heizer 33 anzuordnen, d. h. den abgeflachten Bereich 44 grundsätzlich an einer beliebigen Stelle auszubilden.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor 52 an oder in der Nähe der bezogen auf die Schwerkraftrichtung räumlich höchsten Stelle der Durchlaufstrecke 18 angeordnet ist. Die bezogen auf die Schwerkraftrichtung höchste Stelle der Durchlaufstrecke 18 ist ein besonders kritischer Punkt, da sich hier Dampf oder Luft ansammeln kann. Eine solche Dampf- oder Luftansammlung tritt insbesondere auf, wenn eine verringerte Flüssigkeitsmenge durch die Durchlaufstrecke strömt. In dem Bereich, in dem eine Dampfblase oder ein Luftpolster sitzt oder in dem eine Zweiphasenströmung vorliegt, ist der Wärmeübergang schlechter als auf einphasige Flüssigkeit. Der Heizer wird dann in diesem Bereich nicht mehr effektiv gekühlt, was eine Sicherheitsabschaltung notwendig macht.
Dadurch, daß sich erfindungsgemäß ein verringerter Durchsatz und insbesondere eine Unterbrechung der Flüssigkeitsförderung durch die Durchlaufstrecke 18 erfassen läßt und dann die Heizung abgeschaltet wird, wird von vornherein die Dampfbildung bzw. die Luftansammlung ausgeschlossen, so daß eben wiederum die Positionierung des Temperatursensors 52 frei gestaltbar ist.
Erfindungsgemäß ist eine Temperaturwächtereinrichtung 72 bereitgestellt, welche den Temperatursensor 52 und die Auswerteeinrichtung 60 umfaßt.
Diese Temperaturwächtereinrichtung 72 weist eine bestimmte Intelligenz auf. Über sie läßt sich erkennen, ob beispielsweise eine reversible Stagnation, d. h. ein unkritischer reversibler Störfall, vorliegt. Es läßt sich verhindern, daß es zu einem Trockenlauf kommt.
Es läßt sich aber auch erkennen, ob ein dauerhafter Trockenlauf vorliegt, so daß eine zusätzliche Sicherheit besteht.
Über die thermische Schmelzsicherung 66 wird die Sicherheit weiter erhöht.

Claims

Heizvorrichtung für eine Flüssigkeit in einem Becken (12), umfassend eine Durchlaufstrecke (18), welche außerhalb eines Flüssigkeitsaufnahmeraums (14) des Beckens (12) positionierbar ist und durch ein Rohr (32) gebildet ist, einen in der Durchlaufstrecke (18) angeordneten Heizer (33), an welchem die Flüssigkeit zur Erhitzung vorbeiströmt, und mindestens ein Heizelement (34), welches in dem Heizer (33) angeordnet ist, wobei ein Temperatursensor (52) vorgesehen ist, welcher bezüglich des Heizers (33) in einer solchen thermischen Verbindung stehend angeordnet ist, daß sich eine Temperatur des Heizers (33) ermitteln läßt und sich über den Temperatursensor (52) absolute Temperaturen und Temperaturänderungen ermitteln lassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (52) an einer Außenseite des Rohrs (32) an einem abgeflachten oder vertieften Bereich (44) des Rohrs (32) angeordnet ist, und daß bezogen auf einen Abstand zwischen einer Längsrichtung des Heizers (33) und einer Begrenzungswand (46) des Rohrs (32) der Heizer (33) an dem abgeflachten oder vertieften Bereich (44) oder in unmittelbarer Nähe des abgeflachten oder vertieften Bereichs (44) sitzt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (52) in direktem Wärmekontakt mit dem Heizer (33) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeflachte oder vertiefte Bereich (44) eine im wesentlichen ebene Oberfläche (50) aufweist.
Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Heizer (33) und einer Innenwand (46) des Rohrs (32) im abgeflachten oder vertieften Bereich (44) ein von Flüssigkeit durchströmbarer Spalt (62) liegt.
Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (34) ein elektrisches Widerstandselement ist, welches eine Erstreckung in einer Längsrichtung des Heizers (33) aufweist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine thermische Schmelzsicherung (66) vorgesehen ist, über welche bei Überschreiten einer kritischen Temperatur der elektrische Stromkreis für das mindestens eine Heizelement (34) unterbrechbar ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine thermische Schmelzsicherung (66) in der Nähe des Temperatursensors (52) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (60) vorgesehen ist, welche die Signale des Temperatursensors (52) auswertet.
Heizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auswerteeinrichtung (60) mittels der Signale des Temperatursensors (52) erkennbar ist, ob ein verringerter Volumendurchsatz von Flüssigkeit durch die Durchlaufstrecke (18) vorliegt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auswerteeinrichtung (60) mittels der Signale des Temperatursensors (52) erkennbar ist, ob ein Trockenlauf des Heizers (33) vorliegt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auswerteeinrichtung (60) bei verringertem Volumendurchsatz erkennbar ist, ob ein reversibler Störfall oder irreversibler Störfall vorliegt.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß über die Auswerteeinrichtung (60) eine Zirkulationspumpe (26) abschaltbar ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationspumpe (26) bei Unterschreiten eines Mindestdurchsatzes durch die Auswerteeinrichtung (60) abgeschaltet wird.
Heizvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalleitung zur Steuerung der Abschaltung der Zirkulationspumpe (26) oder eine elektrische Energieversorgungsleitung durch den Heizer (33) durchgeführt ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein freier Querschnitt der Durchlaufstrecke (18) so dimensioniert ist, daß ein Trockenlauf des Heizers (33) bei einem Durchsatz von Flüssigkeit oberhalb eines Mindestdurchsatzes verhindert ist.