DE19725977A1 - Elektrischer Durchlauferhitzer und Verfahren zum Überwachen des Wasserzulaufs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlaufer­ hitzer mit einer Heizeinrichtung, einer die Stromversorgung der Heizeinrichtung steuernden Leistungssteuereinrichtung und einem an einer Wasserzuleitung angeordneten Sensor zum Erfassen des Wasserzulaufs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Durchlauferhitzers.

In bekannten elektrischen Durchlauferhitzern wird die Heizeinrichtung von einer elektronischen Leistungssteuerein­ richtung angesteuert. Diese ist wiederum mit Durchflußwäch­ tern gekoppelt, die vorzugsweise im Wasserzulauf angeordnet sind. Beim Zapfen von Warmwasser wird das Fließen des Wassers erfaßt und die Stromversorgung der Heizstrecke ein­ geschaltet. Beim Schließen des Zapfventils sinkt der Durch­ fluß auf Null, was vom Durchflußsensor erfaßt wird. Die Leistungssteuerelektronik schaltet daraufhin die Stromver­ sorgung zur Heizeinrichtung ab.

Beim Betreiben von direkt heizenden Durchlauferhitzern kann es dann zu Problemen kommen, wenn der den Durchlaufer­ hitzer durchfließende Wasserstrom einen zu hohen Anteil an Luftblasen enthält bzw. wenn ein Luft-Wasser-Gemisch durch den Durchlauferhitzer hindurchgeleitet wird. Die Stromver­ sorgung der Heizeinrichtung bleibt eingeschaltet, da beim Durchfließen eines Luft-Wasser-Gemisches oder eines Luft­ stroms der Durchflußsensor in der Regel weiterhin einen Durchfluß erfaßt. Aufgrund ungenügender Wärmeabführung kommt es zu einer Überhitzung der Heizelemente, insbesondere der blanken Heizdrähte bei direkt heizenden Durchlauferhitzern. Dies bewirkt auf Dauer eine Zerstörung des Durchlaufer­ hitzers.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Überhitzung der Heiz­ einrichtung und die damit verbundene Zerstörung des Durch­ lauferhitzers bei Auftreten von Luft oder Luft-Wasser-Ge­ mischen in der Wasserzuleitung des Durchlauferhitzers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Durchlaufer­ hitzer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei einem elektrischen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art wird ein Durchflußsensor verwendet, der ein vom Volumen­ strom und/oder Massenstrom monoton abhängiges Sensorsignal, vorzugsweise ein dem Volumenstrom und/oder Massenstrom im wesentlichen proportionales Sensorsignal, liefert. Unter einem monoton abhängigen Sensorsignal soll ein Signal ver­ standen werden, bei dem ein Signalparameter bei steigendem Volumen- oder Massenstrom monoton wächst oder fällt, wobei auch nichtlineare Abhängigkeiten eingeschlossen sind. Der Durchflußsensor ist mit einer Überwachungsschaltung gekop­ pelt, die das Sensorsignal empfängt und auswertet. Die Über­ wachungsschaltung erfaßt Signaländerungen, die für das Auf­ treten von Luft oder Luft-Wasser-Gemischen in der Wasserzu­ leitung charakteristisch sind, und stellt bei Erfassen die­ ser Signaländerungen an einem Ausgang ein Abschaltsignal zur Verfügung. Die Leistungssteuereinrichtung ist mit dem Aus­ gang der Überwachungsschaltung gekoppelt und unterbricht bei Empfang des Abschaltsignals die Stromzufuhr zur Heizeinrich­ tung.

Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrei­ ben eines elektrischen Durchlauferhitzers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.

Sobald ein Luft-Anteil im Wasserzulauf auftritt, führt dies zu einer Signaländerung des vom Volumenstrom und/oder Massenstrom monoton abhängigen Signals. Dies beruht auf der unterschiedlichen Kompressibilität und dem unterschiedlichen Strömungsverhalten von Luft und Wasser. Die erfaßte Signal­ änderung führt zu einer sofortigen Abschaltung der Stromzu­ fuhr zur Heizeinrichtung. Damit wird zuverlässig eine Über­ hitzung der Heizeinrichtung und eine Zerstörung des Durch­ lauferhitzers vermieden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gibt der Durchflußsensor ein Wechselsignal aus, dessen Signalfre­ quenz vom Volumenstrom monoton abhängig, vorzugsweise im we­ sentlichen proportional zum Volumenstrom ist. Die Über­ wachungsschaltung überwacht vorzugsweise die Frequenz­ charakteristik des Wechselsignals. Bei einem Ausführungsbei­ spiel erzeugt sie das Abschaltsignal, wenn der Absolutwert oder die Geschwindigkeit der Änderung der Signalfrequenz einen vorgegebenen Wert übersteigt. Beim Auftreten von Luft im Wasserstrom kommt es zu plötzlichen, ruckartigen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit, die auf diese Weise erfaßt werden können. Außerdem kommt es bei Auftreten eines Luftstromes (mit geringem Wasseranteil) zu einer starken Er­ höhung der Signalfrequenz, die in der Regel die Signalfre­ quenz des maximalen Volumenstroms reinen Wassers übersteigt.

Ein anderes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltsignal dann erzeugt wird, wenn der Effektivwert des Wechselsignals im Verhältnis zur Amplitude des Signalanteils bei der Grundfrequenz einen vor­ gegebenen Wert übersteigt oder wenn die Grundfrequenz einen Maximalwert überschreitet, wobei der Maximalwert die Grund­ frequenz bei dem maximalen Volumenstrom reinen Wassers ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Auftreten von Luft oder Luft-Wasser-Gemischen im Wasserzulauf mehrfache ruckartige Änderungen sowie ein starker Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit entstehen. Wird ein Signal erzeugt, das eine von der Strömungsgeschwindigkeit monoton abhängige Frequenz aufweist, so führt das ruckartige Ändern der Strömungsgeschwindigkeit zu einem erhöhten "Rauschen", d. h. einem geringeren Anteil bei der Grundfrequenz im Verhältnis zur Summe der Signalanteile, die durch den Effektivwert aus­ gedrückt wird. Das Signalspektrum verbreitert sich.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird der erhöhte "Rausch"anteil dadurch erfaßt, daß die Überwachungsschaltung einer Filterschaltung zum Herausfiltern der von der Grund­ frequenz abweichenden Signalanteile und eine Schaltung zum Bestimmen und Vergleichen der Amplituden dieser von der Grundfrequenz abweichenden Signalanteile und der Amplitude der Grundfrequenz aufweist. Eine solche Überwachungsschal­ tung läßt sich sowohl mit diskreten Bauelementen als auch in integrierter Schaltungstechnik aufbauen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Überwachungsschaltung ist durch einen Analog/Digitalwandler zum Umwandeln des Sen­ sorsignals in diskrete Digitalwerte, einen DFT-Analysator zum Bewerten der Digitalwerte mit einem Zeitfenster und zum Ausführen einer diskreten Fourier-Transformation und eine digitale Filtereinrichtung zum Herausfiltern der von der Grundfrequenz abweichenden Signalanteile gekennzeichnet. Eine solche Überwachungsschaltung läßt sich preisgünstig in integrierter Schaltungstechnik aufbauen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der elek­ trischer Durchlauferhitzer dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor ein in der Wasserzuleitung angeordnetes und vom Wasserstrom angetriebenes rotierendes Bauelement und einen die Rotationsgeschwindigkeit erfassenden und einen von der Rotationsgeschwindigkeit abhängiges Sensorsignal erzeu­ genden Sensor aufweist. Vorzugsweise ist das rotierende Bau­ element ein mehrere gleichmäßig beabstandete Flügel aufwei­ sendes Turbinenrad. Ein ortsfest angeordnetes Sensorelement erfaßt die Relativbewegungen der Flügel gegenüber dem Sensorelement. Das Sensorelement kann entweder eine Licht­ schranke mit Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger oder einen Magnetfeldsensor aufweisen. Im ersten Fall werden die Bewegungen der Flügel des Turbinenrades optisch durch eine durchsichtige Wandung der Wasserzuleitung hindurch erfaßt, wobei die sich bewegenden Flügel einen Lichtstrahl periodisch unterbrechen. In der anderen Variante kann das Turbinenrad beispielsweise kleine Permanentmagnete aufwei­ sen, deren Bewegung durch einen Hall-Sensor erfaßt wird. Ein im Wasserstrom rotierendes Turbinenrad ist besonders gut an die Erfassung von charakteristischen Strömungsänderungen durch Luft oder Luft-Wasser-Gemische angepaßt. Tritt Luft in der Wasserzuleitung auf, so kommt es zu plötzlichen, ruckar­ tigen Änderungen der Rotation des Turbinenrads. Diese charakteristischen Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit lassen sich am einfachsten und effektivsten dadurch erfassen, daß aus der Relativbewegung der Flügel gegenüber einem Sensorelement ein Wechselsignal erzeugt wird. Bei einem reinen Wasserstrom führt die gleichmäßige Rotation des Flügelrads zu einem gleichmäßigen Wechselsignal mit konstan­ tem Oberwellenanteil. Plötzliche Änderungen der Rotationsge­ schwindigkeit des Flügelrads führen zu einem erhöhten Rauschanteil im Wechselsignal.

Die Überwachungseinrichtung ist besonders bei solchen elektrischen Durchlauferhitzern von großem Vorteil, bei denen die Heizeinrichtung einen den Wasserstrom direkt heizenden Heizdraht umfaßt. Solche Durchlauferhitzer sind besonders empfindlich gegenüber plötzlich auftretenden Luft- Wasser-Gemischen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Durchlauferhitzers mit einer Heizeinrichtung und einer die Heizeinrichtung ansteuernden Leistungssteuer­ einrichtung wird von einem an der Wasserzuleitung angeordne­ ten Durchflußsensor ein vom Volumenstrom und/oder Massen­ strom in der Wasserzuleitung monoton abhängiges Sensorsignal erzeugt. Von einer Überwachungsschaltung wird das Sensor­ signal empfangen und ausgewertet. Wenn eine für das Auftre­ ten von Luft oder eines Luft-Wasser-Gemisches in der Wasser­ zuleitung charakteristische Änderung des Sensorsignals er­ faßt wird, wird ein Abschaltsignal erzeugt. Von der Leistungssteuereinrichtung wird bei Empfang des Abschalt­ signals die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung unterbrochen.

Bei einer Ausführungsform wird das Abschaltsignal so­ lange erzeugt, wie eine für das Auftreten von Luft oder eines Luft-Wasser-Gemisches charakteristische Änderung des Sensorsignals erfaßt wird. Bei Wegfall des Abschaltsignals wird nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung wieder eingeschaltet. Durch das zeitver­ zögerte Wiedereinschalten wird gewährleistet, daß erst nach dem vollständigen Austreten der Luftblasen oder des Luft- Wasser-Gemisches die Heizeinrichtung eingeschaltet wird. Dies trägt dem Umstand Rechnung, daß das Wasser vom Ort des Sensors bis zum Ort der Heizeinrichtung einen vorgegebenen Weg innerhalb des Durchlauferhitzers zurücklegen muß.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird von der Über­ wachungsschaltung ein Einschaltsignal erzeugt, nachdem ein für das Auftreten eines im wesentlichen luftfreien Wasser­ stroms in der Wasserzuleitung charakteristisches Sensor­ signal empfangen wurde, wobei das Einschaltsignal mit einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung an die Leistungssteuer­ einrichtung ausgegeben wird. Die Stromzufuhr zur Heizein­ richtung wird von der Leistungssteuereinrichtung nach Empfang des Einschaltsignals wieder eingeschaltet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrie­ ben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen elektrischen Durchlauferhitzers,

Fig. 2A-2D typische Signalverläufe des Signals des Durchflußsensors eines Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Durchlauf­ erhitzers,

Fig. 3A-3D die sich aus den Signalverläufen gemäß Fig. 2A-2D ergebenden Signalspektren, und

Fig. 4 einen bei der Erfindung verwendeten Durch­ flußsensor.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Durchlauferhitzers 1 mit einem Kaltwassereinlauf 2 und einem Warmwasserauslauf 3. Unmittelbar am Kaltwassereinlauf 2 ist innerhalb des Durchlauferhitzers 1 ein Durchflußsensor 4 an­ geordnet. In der Heizstrecke 5 wird das Wasser erwärmt. Die Heizstrecke 5 weist zumindest einen direkt im Wasserstrom angeordneten Heizdraht auf. Die Heizstrecke 5 ist mit der Leistungselektronik 6 gekoppelt, von welcher sie mit dem er­ forderlichen Heizstrom versorgt wird. Die Leistungssteuer­ elektronik 6 steuert die Heizstrecke 5 mit Hilfe von Triacs an. Anstelle von Triacs können auch Thyristoren oder andere elektronische oder elektromagnetische Schalteinrichtungen verwendet werden. In Fig. 1 ist nur eine Heizstrecke 5 mit einem im Rohr angeordneten Heizdraht schematisch darge­ stellt. Üblicherweise sind jedoch mehrere Heizdrähte im Wasserstrom hintereinander angeordnet, die darüber hinaus von unterschiedlichen Phasenanschnitts-Steuerschaltungen der Leistungssteuerelektronik 6 angesteuert werden.

Der Sensor 4 erzeugt ein Sensorsignal auf Leitung 7, dessen Frequenz nährungsweise proportional zum Volumenstrom des den Sensor 4 durchfließenden Wassers ist. Das Sensor­ signal wird von der Überwachungsschaltung 8 empfangen und ausgewertet. Die Überwachungsschaltung 8 gibt an ihrem Aus­ gang 9 Signale an die Leistungssteuerelektronik 6 aus, welche ein Aus- und Einschalten der Stromversorgung für die Heizstrecke 5 bewirken. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein einziges binäres Ausgangssignal am Ausgang 9 an die Leistungssteuerelektronik 6 ausgegeben, dessen beide Zustän­ de das Ein- bzw. Ausschalten der Stromzufuhr für die Heiz­ strecke 5 bewirken. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können auch zwei binäre Ausgangssignale, ein Ausschaltsignal und ein Einschaltsignal, erzeugt werden, wobei entweder die ansteigenden oder die abfallenden Flanken oder auch die Zu­ stände der beiden Signale ein Einschalten bzw. ein Ausschal­ ten der Stromversorgung für die Heizstrecke 5 bewirken. Die Verwendung mehrerer Binärsignale erhöht die Redundanz und somit die Zuverlässigkeit der Steuerung.

Im Inneren der in Fig. 1 dargestellten Überwachungs­ schaltung sind fünf Funktionsgruppen gezeigt, wobei die Überwachungsschaltung darüber hinaus weitere Schaltungsele­ mente, wie beispielsweise die Stromversorgung oder eine zen­ trale Steuereinrichtung, enthalten kann. Das Sensorsignal gelangt über Leitung 7 zum Eingang 10 der Überwachungsschal­ tung 8 und von dort an einen Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 11 (A/D-Wandler). Der A/D-Wandler 11 tastet das Sensorsignal periodisch ab und erzeugt digitale Abtastwerte, wobei diese beispielsweise 8 Bits breit sind, d. h. auf 8 Ausgangsleitungen ausgegeben werden können. Es sind auch A/D-Wandler mit weniger oder mehr Bits Genauigkeit verwend­ bar.

Die periodisch ausgegebenen digitalen Abtastwerte von beispielsweise 8 Bit Breite werden einer DFT-Schaltung 12 zur Verfügung gestellt. Die DFT-Schaltung führt eine digitale Fourier-Transformation durch, indem sie die digita­ len Abtastwerte zunächst mit einem Zeitfenster bewertet (beispielsweise durch Auswahl einer vorgegebenen Anzahl auf­ einanderfolgender Abtastwerte) und anschließend an den zeit­ fenster-bewerteten Abtastwerten eine digitale Fourier-Trans­ formation durchführt. Ergebnis der digitalen Fourier-Trans­ formation sind spektrale Werte, d. h. zu den jeweiligen Amplituden der Signalbestandteile des Sensorsignals propor­ tionale Digitalwerte. Die der Grundfrequenz entsprechenden Amplitudenwerte werden an eine digitale Komparatorschaltung 14 ausgegeben. Außerdem werden sämtliche Spektralwerte an eine digitale Filterschaltung 13 ausgegeben. Die digitale Filterschaltung 13 erzeugt einen digitalen Ausgangswert, der dem Amplitudenanteil der von der Grundfrequenz abweichenden Signalanteile des Sensorsignals entspricht. Die digitale Filterschaltung arbeitet beispielsweise als schmale Band­ sperre bei der Grundfrequenz.

Die Komparatorschaltung 14 erzeugt ein Ausgangssignal, das ein für das Auftreten von Luft oder Luft-Wasser-Ge­ mischen charakteristisches Spektrum des Sensorsignals an­ zeigt. Dieses Signal wird von der Komparatorschaltung 14 an eine Generatorschaltung 15 ausgegeben. Die Generatorschal­ tung 15 erzeugt daraus ein Abschaltsignal, das an die Leistungssteuerelektronik 6 ausgegeben wird. Außerdem er­ zeugt die Generatorschaltung 15 ein Einschaltsignal zum Ein­ schalten der Stromversorgung der Heizstrecke 5, nachdem das von der Komparatorschaltung 14 ausgegebene Signal anzeigt, daß der Wasserstrom keine Luftblasen mehr enthält. Die Generatorschaltung 15 weist darüber hinaus eine Zeitverzö­ gerungsschaltung aus, die eine verzögerte Ausgabe des Ein­ schaltsignals bewirkt. Damit ist gewährleistet, daß erst nach dem vollständigen Austreten der Luftblasen die Heiz­ strecke 5 wieder eingeschaltet wird.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Generatorschaltung 15 der Überwachungsschaltung 8 auch mehrere Steuersignale an die Leistungssteuerelektronik 6 ausgeben, die jeweils unterschiedliche Stufen der Leistungs­ reduktion anzeigen.

Die Fig. 2A-2D zeigen typische Signalverläufe des Sensorsignals eines weiter unten anhand von Fig. 4 beschrie­ benen Durchflußsensors eines Ausführungsbeispiels des er­ findungsgemäßen Durchlauferhitzers. Unter den jeweiligen Spannungs-Zeit-Diagrammen sind Parameter der dargestellten Verläufe angegeben. Diese Parameter sind die Grundfrequenz f und der Gleichspannungsanteil V_DC. Fig. 2A zeigt einen typischen Verlauf des Sensorsignals, wenn der Sensor von reinem Wasser durchflossen wird. Die Fig. 2B und 2C zeigen den Verlauf des Sensorsignals für Wasser-Luft-Gemische. Aus den dargestellten Signalverläufen läßt sich erkennen, daß bei höherem Luftanteil einerseits die Grundfrequenz zunimmt, andererseits der Signalpegel absinkt. Aus Fig. 2D, die den Signalverlauf bei einer reinen Luftströmung darstellt, läßt sich erkennen, daß ein starker Anstieg der Grundfrequenz auftritt. Ein Vergleich der Fig. 2C und 2D ergibt jedoch, daß der starke Frequenzanstieg erst bei sehr hohen Luftan­ teilen auftritt.

Die Fig. 3A-3D zeigen die Spektren der in den Fig. 2A-2D dargestellten Signalverläufe. Die dargestellten Spektren stellen ebenfalls sehr deutlich den Anstieg der Grund­ frequenz bei einem hohen Luftanteil dar. Das Spektrum bei einer luftfreien Wasserströmung zeigt im wesentlichen nur harmonische Spektralanteile der Grundfrequenz, d. h. Spektralanteile bei der doppelten und dreifachen Frequenz, sowie einen Gleichanteil. Die Spektren der Signalverläufe bei Wasser-Luft-Gemischen sind dagegen stark "verrauscht", d. h. sie zeigen Spektralanteile bei einer Vielzahl von Frequenzen, die nicht Vielfachen der Grundfrequenz ent­ sprechen. Außerdem ist der Spektralanteil bei der Grund­ frequenz abgesenkt. Das Spektrum bei einer reinen Luft­ strömung gemäß Fig. 3D zeigt dagegen im wesentlichen harmonische Anteile der erhöhten Grundfrequenz und ist weniger "verrauscht".

Die in den Fig. 2A-3D dargestellten Signalverläufe und Spektren lassen erkennen, daß charakteristische Signalspek­ tren für Wasser-Luft-Gemische und Luftströmungen auftreten, die sich mit entsprechenden Schaltungsanordnungen erfassen lassen.

Fig. 4 zeigt eine Prinzipdarstellung des bei einem Aus­ führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers verwendeten Durchflußsensors 4. Der Durchflußsensor 4 ist in die Wasserzuleitung unmittelbar hinter dem Kaltwasserein­ tritt eingebunden. Der Durchflußsensor ist in einem Rohr­ stück 20 mit einem Wassereintritt 21 und einem Wasseraus­ tritt 22 angeordnet. Das Rohrstück 20 weist eine asymmetrische Auswölbung 24 auf, in die ein Turbinenrad 23 eingesetzt ist. Das Turbinenrad 23 ist derart asymmetrisch angeordnet, daß etwa die Hälfte des Turbinenrads im Wasser­ strom zwischen dem Wassereintritt 21 und dem Wasseraustritt 22 liegt. Die andere Hälfte des Turbinenrads 23 ist von der kreiszylinderförmigen Innenwand der Auswölbung 24 umgeben. Die Anordnung des Turbinenrads 23 in der Auswölbung 24 des Rohrabschnitts 20 ist so getroffen, daß dem Wasserstrom ein möglichst geringer Widerstand durch das Turbinenrad entge­ gengesetzt wird. Das Turbinenrad 23 besitzt mehrere gleich­ mäßig auf dessen Umfang verteilte Flügel 25, in die der Wasserstrom eingreift, um die Turbine in Rotation zu ver­ setzen.

In der Wandung der Auswölbung 24 befindet sich ein lichtdurchlässiges Fenster 26. Unmittelbar außerhalb des Fensters ist an der Wandung der Auswölbung 24 ein Sensorge­ häuse 27 befestigt. Das Sensorgehäuse 27 nimmt eine Strah­ lungsquelle 28, beispielsweise eine LED für sichtbares oder Infrarot-Licht, und einen Strahlungsempfänger 29 auf. Der Strahlungsempfänger 29 kann ein Fototransistor, eine Foto­ diode, ein Fotoelement oder Fotowiderstand sein. Die An­ schlußleitungen 30 der Strahlungsquelle 28 und des Strah­ lungsempfängers 29 sind nach außen geführt und mit der Über­ wachungsschaltung 8 gekoppelt. Um Leitungen einzusparen, können Strahlungssender 28 und Strahlungsempfänger 29 auch eine gemeinsame Leitung benutzen. Auch kann eine Primärelek­ tronik im Sensorgehäuse angeordnet sein.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sendet die Strah­ lungsquelle 28 einen konstanten Lichtstrahl durch das Fen­ ster 26 hindurch in den Innenraum der Auswölbung 24 des Rohrabschnitts 20. Die Flügel 25 der Turbine 23 sind an ihren Enden so ausgebildet, daß sie in einer vorgegebenen Position den auf sie auftreffenden Lichtstrahl 31 der Strah­ lungsquelle 28 derart reflektieren, daß der reflektierte Lichtstrahl 32 auf den Strahlungsempfänger 29 auftrifft. Wenn die Turbine 23 rotiert, erzeugen die einzelnen Flügel 25 jeweils einen reflektierten Lichtstrahl 32, der für eine kurze Zeit auf den Strahlungsempfänger 29 auftrifft. Dies führt bei gleichmäßiger Rotation der Turbine 23 zu einer periodischen Modulation der auf den Strahlungsempfänger 29 auftreffenden reflektierten Lichtmenge. Die periodisch modulierte, auf den Strahlungsempfänger 29 auftreffende Lichtmenge erzeugt ein periodisch moduliertes Ausgangssignal des Sensors. Dieses Sensorsignal kann von der Über­ wachungsschaltung 8 erfaßt und ausgewertet werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alter­ native Ausführungsformen des Durchflußsensors denkbar. Bei­ spielsweise können die Lage des Turbinenrads, die Ausbildung der Rohrauswölbung und die Anzahl und die Form der Flügel variiert werden. Anstelle des Fensters 26 kann auch der ge­ samte Rohrabschnitt 20 lichtdurchlässig ausgebildet sein. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine auf Reflexion basierende Lichtschrankenanordnung ver­ wendet. Alternativ könnten auch Transmissions-Lichtschran­ kenanordnungen verwendet werden. Strahlungsquelle und -empfänger können sowohl im sichtbaren als auch im Infrarot-Licht­ bereich arbeiten. Die Lichtschranke kann das Flügelrad sowohl tangential (wie in der Fig. 2 dargestellten Aus­ führung) als auch axial abtasten.

Claims (17)

1. Elektrischer Durchlauferhitzer mit einer Heizeinrich­ tung, einer die Stromversorgung der Heizeinrichtung steuern­ den Leistungssteuereinrichtung und einem an einer Wasserzu­ leitung angeordneten Sensor zum Erfassen des Wasserzulaufs, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor ein Durchflußsensor ist, der ein vom Volumenstrom und/oder Massenstrom monoton abhängiges Sensor­ signal, vorzugsweise ein dem Volumenstrom und/oder Massen­ strom im wesentlichen proportionales Sensorsignal, liefert,
daß mit dem Durchflußsensor eine Überwachungsschaltung gekoppelt ist, die das Sensorsignal empfängt und auswertet, wobei die Überwachungsschaltung Signaländerungen erfaßt, die für das Auftreten von Luft oder Luft-Wasser-Gemischen in der Wasserzuleitung charakteristisch sind, und bei Erfassen dieser Signaländerungen an einem Ausgang ein Abschaltsignal zur Verfügung stellt, und
daß die Leistungssteuereinrichtung mit dem Ausgang der Überwachungsschaltung gekoppelt ist und bei Empfang des Ab­ schaltsignals die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung unter­ bricht.

2. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor ein Wechsel­ signal ausgibt, dessen Signalfrequenz von Volumenstrom mono­ ton abhängig ist.

3. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalfrequenz im wesent­ lichen proportional zum Volumenstrom ist.

4. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung die Frequenzcharakteristik des Wechselsignals überwacht und das Abschaltsignal erzeugt, wenn der Absolutwert oder die Ge­ schwindigkeit der Änderung der Signalfrequenz einen vorgege­ benen Wert übersteigt.

5. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung die Frequenzcharakteristik des Wechselsignals überwacht und das Abschaltsignal erzeugt, wenn der Effektivwert des Wechsel­ signals im Verhältnis zur Amplitude des Signalanteils bei der Grundfrequenz einen vorgegebenen Wert übersteigt oder wenn die Grundfrequenz einen Maximalwert überschreitet, wo­ bei der Maximalwert die Grundfrequenz bei dem maximalen Volumenstrom reinen Wassers ist.

6. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung eine Filterschaltung zum Herausfiltern der von der Grundfrequenz abweichenden Signalanteile und eine Schaltung zum Bestimmen und Vergleichen der Amplituden dieser von der Grundfrequenz abweichenden Signalanteile und der Amplitude der Grund­ frequenz aufweist.

7. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln des Wechselsignals in diskrete Digitalwerte, einen DFT-Analysator zum Bewerten der diskreten Digitalwerte mit einem Zeitfenster und zum Aus­ führen einer diskreten Fourier-Transformation und eine digi­ tale Filtereinrichtung zum Herausfiltern der von der Grund­ frequenz abweichenden Signalanteile aufweist.

8. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß- sensor ein in der Wasserzuleitung angeordnetes und vom Wasserstrom angetriebenes rotierendes Bauelement und einen die Rotationsgeschwindigkeit erfassenden und ein von der Rotationsgeschwindigkeit abhängiges Sensorsignal erzeugenden Sensor aufweist.

9. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das rotierende Bauelement ein mehrere gleichmäßig beabstandete Flügel aufweisendes Turbinenrad ist und daß ein ortsfest angeordnetes Sensor­ element die Relativbewegungen der Flügel gegenüber dem Sen­ sorelement erfaßt.

10. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein eine Strah­ lungsquelle und einen Strahlungsempfänger aufweisende Licht­ schranke umfaßt, wobei die Flügel den Strahlungsweg zwischen Strahlungsquelle und -empfänger periodisch unterbrechen.

11. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Flügel des Turbinenrads ein Magnetfeld beeinflußt und daß das Senso­ relement einen die Veränderung des Magnetfelds erfassenden Sensor aufweist.

12. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der An­ sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizein­ richtung einen den Wasserstrom direkt heizenden Heizdraht umfaßt.

13. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Durch­ lauferhitzers mit einer Heizeinrichtung und einer die Heiz­ einrichtung ansteuernden Leistungssteuereinrichtung, wobei
von einem an einer Wasserzuleitung angeordneten Durch­ flußsensor ein vom Volumenstrom und/oder Massenstrom in der Wasserzuleitung monoton abhängiges Sensorsignal erzeugt wird,
von einer Überwachungsschaltung das Sensorsignal empfangen und ausgewertet wird und ein Abschaltsignal er­ zeugt wird, wenn eine für das Auftreten von Luft oder eines Luft-Wasser-Gemisches in der Wasserzuleitung charakteristische Änderung des Sensorsignals erfaßt wird, und
von der Leistungssteuereinrichtung bei Empfang des Ab­ schaltsignals die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung unter­ brochen wird

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß von der Überwachungsschaltung das Abschaltsignal solange erzeugt wird, wie eine für das Auftreten von Luft oder eines Luft-Wasser-Gemisches charakteristische Änderung des Sensor­ signals erfaßt wird, und daß bei Wegfall des Abschaltsignals nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung wieder eingeschaltet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß von der Überwachungsschaltung ein Einschaltsignal er­ zeugt wird, nachdem ein für das Auftreten eines im wesent­ lichen luftfreien Wasserstroms in der Wasserzuleitung charakteristisches Sensorsignal empfangen wurde, wobei das Einschaltsignal mit einer vorgegebenen zeitlichen Verzö­ gerung an die Leistungssteuereinrichtung ausgegeben wird, und daß die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung von der Leistungssteuereinrichtung nach Empfang des Einschaltsignals eingeschaltet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet,
daß vom Durchflußsensor ein Signal erzeugt wird, dessen Frequenz vom Volumenstrom des die Wasserzuleitung durch­ fließenden Wassers monoton abhängig ist, und
daß von der Überwachungsschaltung für das Auftreten von Luft oder Luft-Wasser-Gemischen in der Wasserzuleitung charakteristische Änderungen des Frequenzspektrums des Signals überwacht werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß von der Überwachungsschaltung die Änderung des Anteils der von der Grundfrequenz des Signals abweichenden Signal­ spektrumanteile als charakteristische Änderung des Signals überwacht wird.