DE19847870C1

DE19847870C1 - Elektrischer Durchlauferhitzer mit Druckbegrenzungsschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE19847870C1
Application number: DE19847870A
Authority: DE
Inventors: Franz Bauer; Markus Helminger; Bernd Czeslick
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit einer Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck in seinem hydraulischen System oder daran sich anschließenden hydraulischen Leitungen. Diese Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck ist an einer Kammer (1) angeordnet, deren Aufnahmevolumen von Wasserdruck abhängig ist. Diese Kammer (1) ist über eine Verbindungsleitung (2) mit dem hydraulischen System des Durchlauferhitzers verbunden. Dabei weist die Verbindungsleitung (2) einen deutlich geringeren Querschnitt auf als die Leitung (4) des hydraulischen Systems des Durchlauferhitzers.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit einer Druckbegren zungsschutzeinrichtung.

Druckbegrenzungsschutzeinrichtungen für elektrische Durchlauferhitzer sind be kannt. Bei nahezu allen Herstellern von elektrischen Durchlauferhitzern mit Blank drahtheizsystem ist als Einrichtung zum Schutz vor Überhitzen des elektrischen Durchlauferhitzers eine Notabschaltung vorgesehen, die bei stark angestiegenen Druck im Durchlauferhitzer auslöst. In der deutschen Patentschrift DE 29 23 216 C2 und in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 92 07 534 U1 ist jeweils eine Notabschaltung bei Überdruck in einem Durchlauferhitzer beschrieben. Im Falle einer Fehlfunktion, in der der elektrische Durchlauferhitzer ohne Wasserdurchfluß beheizt wird, steigt der Druck in dem elektrischen Durchlauferhitzer bzw. in dem sich anschließenden hydraulischen System infolge der Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks stark an. Denn bei Unterbrechung des Wasserdurchflusses entfällt die dadurch bedingte Kühlwirkung. Die gesamte Heizleistung wird von einem sehr kleinen Wasservolumen aufgenommen, das sich daher sehr schnell und stetig erwärmt. Dadurch bildet sich im elektrischen Durchlauferhitzer sehr rasch Dampf. Übersteigt der Dampfdruck eine bestimmte Auslöseschwelle, so wird die Netzspannung über einen Druckbegrenzer zum Schutz des elektrischen Durchlauferhitzers unterbrochen.

Nachteilig an den bekannten Schutzdruckbegrenzern ist, daß sie gleichermaßen auf Druckspitzen, die im hydraulischen System der Wasserinstallation erzeugt werden können, wie bei schnell schließenden Armaturen oder Magnetventilen, reagieren wie auf die Druckerhöhung durch eine Fehlfunktion im elektrischen Durchlauferhitzer. Bei einer Fehlfunktion im elektrischen Durchlauferhitzer soll dieser aber möglichst unmittelbar abgeschaltet werden, dagegen sollten die Druckspitzen im hydraulischen System der Wasserinstallation nicht zu einem Abschalten führen. Eine verzögerte Abschaltung der Heizleistung im ungestörten Betrieb des Durchlauferhitzers führt ebenfalls zu einer Druckerhöhung im Durchlauferhitzer, bei der der Schutzdruckbegrenzer nicht die Abschaltung des Durchlauferhitzers auslösen soll. Um Fehlauslösungen des Schutzdruckbegrenzers gering zu halten, wird die Auslöseschwelle entsprechend hoch angesetzt, üblicherweise bei 2 bis 2,5 MPa. Eine weitere Anhebung der Ansprechschwelle ist wegen der hohen mechanischen Belastung des Durchlauferhitzers bzw. des daran anschließenden hydraulischen Systems und der längeren Ansprechzeiten der Notabschaltung des Durchlauferhitzers nicht sinnvoll. Aufgrund dieser hohen Druckbelastung im Fehlerfall ist die Verwendbarkeit von Kunststoffrohren in der Wasserinstallation eingeschränkt, bzw. erfordert zusätzliche Maßnahmen um den Druck in der Wasserinstallation zu begrenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auslöseschwelle der Drucknotab schaltung herabsetzen zu können, ohne daß Fehlauslösungen der Notabschaltung infolge Druckspitzen oder bei einem verzögerten Abschaltung der Heizleistung im ungestörten Betrieb auftreten.

Diese Aufgabe wird mit einem Durchlauferhitzer gelöst, der eine Einrichtung zum Schutz gegen einen Überdruck im hydraulischen System des Durchlauferhitzers oder der daran anschließenden hydraulischen Leitung, wobei die Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck an einer Kammer angeordnet ist, die ein druckabhängiges Aufnahmevolumen von Wasser beinhaltet und die über eine Verbindungsleitung 2 mit dem hydraulischen System des Durchlauferhitzers verbunden ist. Dabei weist die Verbindungsleitung eine deutlich geringere Querschnittsfläche auf, als die Lei tungen des hydraulischen Systems oder die des Durchlauferhitzers. Diese Anord nung der Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck in einer Kammer mit druckab hängigen Aufnahmevolumen von Wasser, die über eine Verbindungsleitung von dem hydraulischen System mit Wasser gespeist wird, wirkt wie ein Tiefpass. Die hohen Frequenzen der Modulation im Druck, wie sie z. B. bei einer Druckspitze bei schnell schließenden Armaturen auftreten, werden gewissermaßen für den Schutz druckbegrenzer gesperrt, da in der kurzen Zeit über die schmale Verbindungslei tung nur eine sehr begrenzte Menge Wasser in die Kammer eintreten kann und somit die geringe Wasservolumenänderung in der Kammer nur eine sehr geringe Druckänderung in der Kammer, die auf den Schutzdruckbegrenzer wirkt, hervorruft. Steigt der Druck jedoch bei einer Fehlfunktion des elektrischen Durchlauferhitzers stetig an, so wird die Druckerhöhung mit einer gewissen Verzögerung auf die Aus gangsseite voll wirksam übertragen. Dies bedeutet die Druckabschaltung reagiert auf eine stetige Druckerhöhung im Fehlerfall, nicht jedoch auf transiente Druckspit zen, die im hydraulischen System der Wasserinstallation auftreten können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Kammer zu einem gewissen Anteil ein kompressibles Medium. Dieses kompressible Medium ist vor zugsweise ein Gas. Diese einfache Realisierung einer Kammer mit druckabhängi gen Aufnahmevolumen für Wasser bietet den Vorteil geringer Bauteile und Ferti gungskosten.

Vorteilhafter Weise weist die Kammer eine hydraulische Verbindung zu einem Stößel auf, der eine Notabschaltung bei Überdruck in der Kammer und damit bei mittelfristigem Überdruck im hydraulischen System bewirkt. Das Stößel ist dabei in geeigneter Weise gehemmt, so daß er erst bei einem vorgegebenen Druck in der Kammer die Notabschaltung des Durchlauferhitzers bewirkt. Diese Hemmung kann durch eine Federvorspannung oder durch eine geeignet geartete Selbsthemmung erzeugt werden. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hängt das Volumen der gesamten Kammer vom Druck ab. Dies ist vorzugsweise dadurch realisiert, daß die Kammer einen Kolben beinhaltet, dessen Stellung vom Druck ab hängt. Dabei ist der Kolben vorzugsweise mit einer Feder vorgespannt. Im Falle der Anwendbarkeit des Hookschen Gesetz bei der Feder, d. h. in ihrem elastischen Be reich und einer laminaren Strömung in der Verbindungsleitung wirkt diese Ausge staltung der Erfindung analog einem RC-Glied-Tiefpass in der Elektrotechnik.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung übt der Kolben zugleich die Funktion eines Stößels aus, der bei Überdruck in der Kammer eine Notabschaltung des elektrischen Durchlauferhitzers bewirkt. Dies bietet den Vorteil, daß kein eige ner zusätzlicher Stößel mehr benötigt wird.

Vorzugsweise ist dabei der Querschnitt des Kolbens größer als der Querschnitt der Verbindungsleitung zwischen Kammer und hydraulischem System. Dies bietet den Vorteil, daß der Kolben keinen großen Hub zurücklegen muß um eine hinreichende Volumenänderung in der Kammer zu ermöglichen.

Vorteilhafter Weise übt die Kammer zugleich die Funktion einer Differenzdruckdose eines hydraulisch gesteuerten elektrischen Durchlauferhitzers aus. Dadurch wird eine gesonderte Differenzdruckdose eingespart. Diese Verringerung der Teilevielfalt führt zu einer Kostenreduktion.

Die hydraulische Verbindung zwischen der Differenzdruckdose und der Verbin dungsleitung erfolgt vorzugsweise im oberen Drittel der Differenzdruckdose bei ei nem Einbau des Durchlauferhitzers in Gebrauchslage. Die hydraulische Verbindung zwischen Verbindungsleitung und dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers erfolgt hingegen vorzugsweise im unteren Drittel der Differenz druckdose des elektrischen Durchlauferhitzers in Gebrauchslage.

Zum Befüllen bzw. Entlüften der Kammer ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Anschluß im oberen Bereich der Kammer vorgesehen. Auf diese Weise kann das Gaspolster in der Kammer in einer einfachen Weise eingestellt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt sich die Verbindungslei tung der Kammer zum hydraulischen System in ihrem unteren Bereich an die Kammer an. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die erfindungsge mäße Aufgabe gelöst, indem eine Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck in dem hydraulischen System des Durchlauferhitzers oder daran anschließenden hydrauli schen Leitungen einen mechanischen Druckaufnehmer und einer elektronischen Tiefpaßschaltung beinhaltet. Der Druckaufnehmer gibt ein dem Wasserdruck pro portionales Spannungssignal aus. Dieses Spannungssignal ist Eingangssignal in eine elektronische Tiefpaßschaltung. Das zugehörige Ausgangssignal dieser Schaltung schaltet bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes den Durchlauferhitzer ab.

In den Figuren sind Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausgestaltung der Erfindung bei der die Kammer in ihrem obe ren Bereich ein Gaspolster als kompressibles Medium enthält,

Fig. 2 eine Ausgestaltung der Erfindung bei der die Kammer als Zylinder ausgebildet ist, in der ein Kolben verschieblich angeordnet ist,

Fig. 3 den Druckverlauf im hydraulischen System des Durchlauferhitzers (p1) und den Druckverlauf in der Kammer (p2) bei einem Druckstoß im hydraulischen System,

Fig. 4 den Druckverlauf im hydraulischen System des Durchlauferhitzers (p1) und den Druckverlauf in der Kammer (p2) bei einem linear an steigenden Druck im Fall einer Fehlfunktion im elektrischen Durch lauferhitzer.

Eine Einrichtung zum Schutz gegen ein Überdruck im hydraulischen System eines Durchlauferhitzers ist an einer Kammer 1 angeordnet, die über eine Verbindungs leitung 2 mit dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers ver bunden ist. Dabei weist diese Verbindungsleitung 2 eine deutlich geringere Quer schnittsfläche auf als die Leitung 3 des hydraulischen Systems des elektrischen Durchlauferhitzers. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kammer 1 nicht vollständig mit Wasser geflutet. Im oberen Ende der Kammer 1 verbleibt ein Luftpolster 4, das ein kompressibles Medium darstellt und bei Druckerhöhung in der Kammer zusammengedrückt wird. Dadurch kann die Kammer eine höhere Menge an Wasser aufnehmen. Im oberen Bereich der Kammer 1, in der sich das Luftpol ster 4 befindet, ist eine hydraulische Verbindung zu einem Stößel angebracht, der eine Notabschaltung bei Überdruck in der Kammer 1 bewirkt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Kammer 1 als Zylinder ausge bildet, in der ein mit einer Feder 6 vorgespannter Kolben 5 beweglich geführt ist, so daß das Volumen der Kammer 1 durch den Druck in der Weise bestimmt wird, daß sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Druckkraft seitens des Wasserdrucks auf den Kolben 5 und Federkraft einstellt. Der Kolben 5 übt in dieser Ausgestaltung der Er findung zugleich die Funktion eines Stößels aus, der bei Überdruck in der Kammer 1 eine Notabschaltung des elektrischen Durchlauferhitzers bewirkt. Die Kammer 1 ist dabei wie in der ersten Ausgestaltung der Erfindung mit dem hydraulischen Sy stem des Durchlauferhitzers wieder über eine hydraulische Verbindungsleitung 2 mit geringem Querschnitt verbunden. Der Querschnitt des Kolbens 5 ist dabei weit aus größer als der Querschnitt der Verbindungsleitung 2 zwischen Kammer 1 und hydraulischem System des Durchlauferhitzers. Die Verbindungsleitung 2 der Kam mer 1 zum hydraulischen System schließt sich bei beiden Ausgestaltungen der Er findung jeweils an ihren in Einbaulage des Durchlauferhitzers unteren Ende an.

In Fig. 3 ist der Druckverlauf bei einem Druckstoß in dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers schematisch dargestellt. Dabei schwingt der Druck p1 im hydraulischen System stark nach einer anfänglichen Druckspitze nach. Bei einem elektrischen Durchlauferhitzer, bei dem eine Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck in dem Rohrleitungssystem des Durchlauferhitzers selbst angebracht wäre, würden die Spitzenwerte der ersten Oszillationen des Drucks p1 im Leitungs system die Auslöseschwelle überschreiten. Der Druck in der Kammer 1, der eine Antwortfunktion des aus Kammer 1 und Verbindungsleitung 2 zur Leitung 3 des hy draulischen Systems des Durchlauferhitzers bestehenden Tiefpassfilters darstellt, steigt dagegen langsam an und erreicht dabei nicht die Auslöseschwelle der Notab schaltung bei Überdruck. Dieser Druckverlauf ähnelt dem Transmissionssignal ei nes Tiefpasses bei einem dem Eingangsdruck gleichsam oszillierenden Eingangs signals eines Spannungswertes in der Elektrotechnik.

In Fig. 4 ist das Drucksignal p1 in der Leitung 3 des elektrischen Durchlauferhitzers und das Drucksignal p2 in der Kammer 1 dargestellt. Es zeigt sich, daß bei linear ansteigendem Druck p1 der Druck p2 zunächst verlangsamt, dann aber mit kon stanter Steigung ansteigt und damit eine konstante Druckdifferenz gegenüber dem Druck p1 in der Leitung nachgeht. Die Auslöseschwelle der Notabschaltung bei Überdruck wird dabei mit einer vertretbaren Zeitverzögerung erreicht. Derartige Drucksignale wie in Fig. 4 dargestellt, treten bei einer Fehlfunktion wie z. B. bei an haltendem Heizen ohne Wasserdurchfluß auf. Aus der Fig. 4 ist zu sehen, daß die Auslöseschwelle einer Schutzdruckeinrichtung in der Kammer 1 gegenüber einer di rekt in den Leitungen 3 des elektrischen Durchlauferhitzers angeordneten Schutz druckeinrichtung nach einer vertretbaren Zeitverzögerung erreicht wird. Die Auslö seschwelle kann bei einem sinnvollen Betrieb des elektrischen Durchlauferhitzers ohne unnötig viele Fehlauslösungen sogar in der Kammer 1 beträchtlich niedriger gewählt werden als dies bei einer Schutzdruckabschaltung in der Leitung 3 selbst der Fall wäre, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, da hochfrequente Druckspitzen in der Leitung 3 so gut wie gar nicht auf den Druck in der Kammer 1 durchschlagen.

Bezugszeichenliste

1

Kammer

2

Verbindungsleitung

3

Leitung

4

Luftpolster

5

Kolben

6

Feder
pDruck
tZeit
p1Drucksignal in der Leitung

3

p2Drucksignal in der Kammer

1

Claims

1. Elektrischer Durchlauferhitzer mit einer Einrichtung zum Schutz gegen einen Überdruck in dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers oder daran anschließenden hydraulischen Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck an einer Kammer angeordnet ist, die ein druckabhängiges Aufnahmevolumen von Wasser beinhaltet und die über eine Verbindungsleitung (2) mit dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung (2) einen deutlich geringeren Querschnitt aufweist als die Leitungen des hydraulischen Systems des elektrischen Durchlauferhitzers.

2. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) zu einem gewissen Anteil ein kompressibles Medium beinhaltet.

3. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Medium Gas ist.

4. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) eine hydraulische Verbindung zu einem Stößel aufweist, der eine Notabschaltung bei Überdruck in der Kammer (1) bewirkt.

5. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der gesamten Kammer vom Druck abhängt.

6. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) einen Kolben (5) beinhaltet, dessen Stellung vom Druck abhängt.

7. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) mit einer Feder (6) vorgespannt ist.

8. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) zugleich die Funktion eines Stößels ausübt, der bei einem Überdruck in der Kammer (1) eine Notabschaltung des elektrischen Durchlauferhitzers bewirkt.

9. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kolbens (5) größer ist als der Querschnitt der Verbindungsleitung (2) zwischen Kammer (1) und hydraulischem System.

10. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) zugleich die Funktion einer Differenzdruckdose eines hydraulisch gesteuerten elektrischen Durchlauferhitzers ausübt.

11. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung zwischen der Differenzdruckdose und der Verbindungsleitung (2) im oberen Drittel der Differenzdruckdose in Gebrauchslage erfolgt.

12. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung zwischen Verbindungsleitung (2) und dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers im unteren Drittel der Differenzdruckdose in Gebrauchslage erfolgt.

13. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befüllen bzw. Entlüften der Kammer (1) ein Anschluß im oberen Bereich der Kammer (1) vorgesehen ist.

14. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (2) der Kammer (1) zum hydraulischen System sich im unteren Bereich der Kammer (1) an diese anschließt.

15. Elektrischer Durchlauferhitzer mit einer Einrichtung zum Schutz gegen Überdruck in dem hydraulischen System des elektrischen Durchlauferhitzers oder daran anschließenden hydraulischen Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen mechanischen Druckaufnehmer beinhaltet, der ein dem Wasserdruck proportionales Spannungssignal ausgibt, das Eingangssignal in eine elektronische Tiefpaßschaltung ist, deren Ausgangssignal bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes den elektrischen Durchlauferhitzer abschaltet.