DE2154523B2

DE2154523B2 - Elektrisch beheizter durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE2154523B2
Application number: DE2154523A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 3470 Hoexter Kracht
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1971-11-03
Filing date: 1971-11-03
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE2154523A1; DE2154523C3

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit mehreren, in 3 Phasen liegenden, in Sternschaltung angeordneten, nicht mit dem Nulleiter des Versorgungsnetzes verbundenen Heizwiderständen, die in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf zwangläufig zu- bzw. abgeschaltet werden, wobei einer der Heizwiderstände zusätzlich temperaturabhängig zu- bzw. abgeschaltet wird.

Derartige drehstrombetriebene Durchlauferhitzer weisen in der Regel in Stern- bzw. Dreieckschaiiung angeordnete Heizwiderstände auf. Es ist bekannt, bei solchen Geräten die Zu- bzw. Abschaltung von Phasen und damit der in ihnen Hegenden Heizwiderständc in Abhängigkeit von der Wasserdurchflußmenge als Maßstab des Leistungsbedarfes vorzunehmen. Dadurch weist die Temperatur des entnommenen Wassers beim Einschalten einer Phase den Sollwert auf, bei steigender Wasserentnahme sinkt sie aber dann bis zum Erreichen der nächsten Schaltstufe ab. Ähnliche Temperaturschwankungen im umgekehrten Sinne treten natürlich bei einer Verringerung der Durchflußmenge auf.

Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist bereits vorgeschlagen worden, die Heizwiderstände temperaturabhängig zu steuern. Dabei sind jedem Heizwiderstand zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren zugeordnet, deren Zündwinkel in Abhängigkeit von der Sollwertabweichung der Wassertemperatur gesteuert wird. Durch eine derartige Schaltung wird zwar eine von der Durchflußmenge unabhängige konstante Wassertemperatur erzielt, jedoch werden die Geräte durch eine derartige Schaltung sehr erheblich verteuert Außerdem treten bei den zu schaltenden Leistungen erhebliche Funkstörungen auf, die nur mit einem nicht geringen zusätzlichen Aufwand an Entstörmitteln unterdrückt werden können. Diese Störungen entstehen durch die hierbei verwendete sogenannte Phasenanschnittsteuerung der Halbleiterelemente. Eine Verwendung der in dieser Hinsicht günstigeren Impulspaketsteuerung an Stelle der Phasenanschnittsteuerung vergrößert aber den Bauaufwand bei dieser Konstruktion noch weiter.

Bei der geschilderten Bauart wird im übrigen ein temperaturabhängig seinen Wert ändernder, dem Wasserauslauf zugeordneter Widerstand verwendet, der dann die elektronische Steuerung beeinflußt.

Es ist weiter bekanntgeworden, um die Nachteile der eben beschriebenen Konstruktion zu vermeiden, in einem Durchlauferhitzer der eingangs erwähnten Gattung einem der Heizwiderstände an Stelle eines in Abhängigkeit von der Durchflußmenge gesteuerten Schalters einen fühlergesteuerten Temperaturregler zuzuordnen. Der Regler weist einen mittels den Temperaturfühler enthaltenden ÄC-Glied über Diac gesteuerten Thyristor als Schaltelement auf. Die Zündung des Thyristors erfolgt im Nulldurchgang der Phasenspannung, um Funkstörungen weitgehend zu vermeiden (OE-PS 2 87 130).

Auch die zulet/t erwähnte Lösung weist beträchtliche Nachteile auf. Die Wassertemperatur ist nur innerhalb eines gewissen Bereiches regelbar, d. h., eine stufenlose Wahl konstanter Wassertemperatur über den gesamten Bereich der zur Verfügung stehenden Leistung ist nicht gewährleistet. Außerdem erfordert die zuletzt geschilderte Bauart neben dem Thyristor weiter baulich und räumlich aufwendige Schalter, da deren Schaltkontakte hoch belastbar sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile der bekannten Bauarten zu vermeiden. Es soll ein gut funktionierender Durchlauferhitzer geschaffen werden, der die stufenlose Wahl einer konstanten Wassertemperatur über den gesamten Leistungsbereich des Gerätes ermöglicht und dabei — nicht zuletzt durch Ermöglichung einer Vereinfachung seiner Schalteinrichturgen — baulich weniger aufwendig als die bekannten Geräte ist, insbesondere auch räumlich günstiger als diese gebaut ist, was ja für einen

Durchlauferhitzer besonders wichtig ist

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Phase über einen elektronischen Leistungsschalter geführt ist, wobei eine — mit einem in Abhängigkeit von der Wasserdurchflußmenge übet Differenzdruckschalter betätigten, schließpunktmäßig auf die erforderliche Mindestdurchflußmenge eingestellten, mechanischen Schaltkontakt In ihrer Spannungszuleitung versehene — von der Wasserauslauftemperatur und einem eingestellten Temperatursollwert abhängig wirkende, mit an sich bekannten Mitteln arbeitende ejiktronische Steuerung vorgesehen ist welche sowohl den elektronischen Leistungsschalter als auch ein Hilfsschütz, über welches eine andere Phase geführt ist, zur Zu- bzw. Abschaltung dieser anderen Phase, und zwar derart steuert, daß bei deren Zuschaltung der elektronische Leistungsschalter vorübergehend ausgetastet und nach dem Ende der Austastzeit allmählich bis zum Erreichen der Wassersolltemperatur seine jeweilige Einschaltdauer gesteigert wr-d, während die 3. Phase des Gerätes so ausgesialiet ist, daß sie jedenfalls Spannung führt, bevor der obenerwähnte Schaltkontalct in der Zuleitung für die elektronische Steuerung schließt. Mit Vorteil wird dabei der elektronische Leistungsschalter als ein Triac oder zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren ausgeführt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kommt also nut nur einem Triac und einem mechanischen Leistungsschaltkontakt aus. Die übrigen Schaltkontakte und Schaltmittel beanspruchen sehr wenig Bau- und Raumaufwand.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich aut durch eine Schaltungsausbildung zur jeweiligen Zündung des elektronischen Leistungsschalters im Nulldurchgang der Phasenspannung. Dadurch werden die sonst bei der Phasenanschnittsteuerung entstehenden Funkstörungen vermieden bzw. Mittel zu deren Beseitigung eingespart.

Ferner geht man in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß so vor, daß die dritte Phase über einen vom Differenzdruckschalter betätigten mechanischen Kontakt geführt ist. welcher — diese Phase zuschaltend — bei einer Wasserdurchflußmenge anspricht, die kleiner ist als die über dsn Differenzdruckschalter den Schaltk < lakt in der Spannungszuleitung der elektronischen Steuerung betätigende Durchflußmenge.

Diese Ausführung ermöglicht zur Erzielung einer möglichst kleinen Zeitkonstante der Regelfi recke die Verwendung von Blankdrahtheizkörpern, ohne daß aber ein aufwendiger Schalter eingebaut werden muß, denn der hier erwähnte mechanische Schaltkontakt befindet sich ja in Einschaltstellung, bevor eine der beiden anderen Phasen zugeschaltet werden kann. Baulich günstig ist hierbei die Ausbildung des in Rede stehenden Kontaktes als schleichender Kontakt.

An Hand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung stellt den vereinfachten Schaltplan eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers dar. Mit 1,2 und 3 sind die drei Heizwiderstände — hier in Blankdrahtausführung — bezeichnet, die im Stern mit den drei Phasen R, S, Γ geschaltet sind. Der Mittelpunktleiter 4 ist jedoch nicht mit dem Nullleiternetz verbunden. Das Gerät weist einen nicht in der Zeichnung dargestellten Differenzdruckschalter bekannter Art auf, welcher in Abhängigkeit von der Durchflußmenge die beiden mechanischen Schaltkontakte 5 und 6 zum Ansprechen bringt. Die Auslegung erfolgt so, daß der Kontakt 5 bei einer kleineren Wasserdurchlaufmenge anspricht als sie zur Betätigung des Kontaktes 6 erforderlich ist Zum Beispie! spricht also der Kontakt 5 bei einer Durchlaufmenge von 33 l/min S an und der Kontakt 6 bei einer Durchlaufmenge von 3,7 oder 3,8 l/min.

Bei Schließung des Kontaktes 6 erhält die elektronische Steuerung 7 Strom. Diese mit an sich bekannten Mitteln arbeitende elektronische Steuerung 7 wirkt von der Wasserauslauftemperatur und einem eingestellten Temperatursollwert abhängig. Sie steuert einen als Triac ausgeführten elektronischen Leistungsschalter 8, über den die Phase 5 geführt ist Der Triac 8, im Nuildurchgang der Phasenspannung angesteuert schaltet also die Phase 5 zu, nachdem der Kontakt 6 — wie schon beschrieben — die Stromzufuhr zur Elektronik 7 ermöglicht hat Der mechanische Kontakt 5, über den die Phase R geführt ist hatte bereits vorher geschlossen, so daß nun die Heizkörper 1 und 2, in Reihe geschaltet an den zwei Phasen R und S liegen. Das symmetrische Drehstromheizsystem hat damit 50% seiner Leistung, wenn der Triac zeitlich voll eingeschaltet ist. Darüber hinaus ist es möglich, eine Temperaturwahl des auslaufenden Wassers vorzunehmen.

Infolge der beschriebenen Auslegung und Anordnung muß der Kontakt 5 den Strom nur führen, nicht jedoch schalten, so daß er klein und einfach, z. B. mit schleichender Kontaktgabe, ausgeführt sein kann. Auch der Kontakt 6 kann, wie aus dem Gesagten sich ergibt, klein gehalten werden. Wenn in dem Gerät Rohrheizkörper verwendet werden, kann infolge des fehlenden Spannungspotentials im Wasserkanal der Schaltkontakt 5 überhaupt entfallen, weil im durch den Triac ausgeschalteten Zustand der Phase S ja kein Strom fließen kann, vorausgesetzt, das Hilfsschütz 9 ist geöffnet.

Bei einem Bedarf von mehr als 50% der Heizleistung des Gerätes wird über das Hilfsschütz 9 die Phase T zugeschaltet. Die Steuerung des Hilfschützes 9 erfolgt durch die elektronische Schaltung 7, in welcher Vergleich von Meßwerten und eingestellten Sollwerten der Wassertemperatur und die korrigierende Schaltung automatisch vorgenommen werden. In bekannter Weise ist dabei zur Messung ein temperaturabhängiger Widerstand dem Wasserauslauf zugeordnet. Es liegen nun alle drei Phasen mit den drei Heizkörpern im Stern, der jetzt bei gleichgroßen Heizwiderständen 1, 2, 3 in seinem zur Vermeidung größerer Belastungen des Nulleiterneizes (Netzschwankungen) bei Abschaltung einer Phase nicht an das Nulleiternetz angeschlossenen Mittelpunktleiter 4 einen echten Nullpunkt aufweist. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, eine weitere Heizleistungswahl von 50 bis 100% vorzunehmen, die eine Heizleistung im Bereich zwischen 0 und 50% erfordert. Um zu vermeiden, daß nach dem Anziehen des Hilfsschützes die Leistung des Gerätes momentan von 50 auf 100% ansteigt (Temperatursprung), wird vorübergehend der elektronische Leistungsschalter 8 ausgetastet, wodurch wieder ein zweiphasiger Betrieb entsteht, mit Zuführung der Spannung einmal über den Kontakt 5, zum anderen über den Arbeitskontakt des Hilfschützes 9. Die von der Wasserauslauftemperatur und dem eingestellten Sollwert der Temperatur abhängig wirkende elektronische Steuerung 7 steigert nach dem Ende der Austastzeit allmählich die jeweilige Einschaltdauer des elektronischen Leistungsschalters 8 bis zum Erreichen der Solltemperatur des auslaufenden Wassers.
Praktisch werden die Heizwiderstände toleranzmä-

Big so angeordnet und ausgelegt, daß in der ersten Leistungsslufe — also vor dem Schließen des Hilfschützes — eine etwas größere Leistung verfügbar ist als unmittelbar nach dem Schließen des Hilfschützes und damit erfolgtem Zuschalten der zweiten Leistungsstufe, bei ausgetastetem Triac. Damit wird vermieden, daß bei einem Leistungsbedarf von genau 50% ein dauerndes Umschalten des Hilfschützes erfolgt.

In der beschriebenen Vorrichtung kann also — wie sich aus dem vorher Gesagten ergibt — mit nur einem Triac und vergleichsweise räumlich beschränkten und baulich einfachen mechanischen Schaltmitteln eine stufenlose Wahl der Wassertemperatur über den gesamten Leistungsbereich des Gerätes, nämlich in der ersten Leistungsstufe bis 50% und in der zweiten Leistungsstufe von 50 bis 100% vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch beheizter Durchlauferhitzer mit mehreren, in drei Phasen liegenden, in Sternschal- s tung angeordneten, nicht mit dem Nulleiter des Versorgungsnetzes verbundenen Heizwiderständen. die in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf zwangläufig zu- bzw. abgeschaltet werden, wobei einer der Heizwiderstände zusätzlich temperaturabhängig zu- bzw. abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phase (S) über einen elektronischen Leistungsschalter (8) geführt ist, wobei eine

— mit einem in Abhängigkeit von der Wasserdurchflußmenge über Differenzdruckschalter betätagten, schHeßpunktmäßig auf die erforderliche Mindestdurchflußmenge eingestellten, mechanischen Schaltkontakt (6) in ihrer Spannungszuleitung versehene — von der Wasserauslauftemperatur und einem eingestellten Temperatursollwert abhängig wirkende, mit an sich bekannten Mitteln arbeitende elektronische Steuerung (7) vorgesehen ist, welche Sowohl den elektronischen Leistungsschalter (8) als auch ein Hilfsschütz (9), über welches eine andere Phase (T) geführt ist, zur Zu- bzw. Abschaltung dieser anderen Phase, und zwar derart steuert, daß bei deren Zuschaltung der elektronische Leistungsschalter (8) vorübergehend ausgetastet und nach dem Ende der Austastzeit allmählich bis zum Erreichen der Wassersolltemperatur seine jeweilige Einschaltdauer gesteigert wird, während die 3. Phase (R) des Gerätes so ausgestattet ist, daß sie jedenfalls Spannung führt, bevor der obenerwähnte Schaltkontakt (6) in der Zuleitung für die elektronische Steuerung schließt.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung des elektronischen Leistungsschalters (8) als ein Triac oder zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schaltungsausbildung zur jeweiligen Zündung des elektronischen Leistungsschalters (8) im Nulldurchgang der Phasenspan nung.

4. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Phase (R) über einen vom Differenzdruckschalter betätigten, mechanischen Kontakt (5) geführt ist, welcher

— diese Phase zuschaltend — bei einer Wasserdurchflußmenge anspricht, die kleiner ist als die über den Differenzdruckschalter den Schaltkontakt (6) in der Spannungszuleitung der elektronischen Steuerung betätigende Durchflußmenge.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Ausbildung des Kontaktes (5) als sogenannter schleichender Kontakt.