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Regeleinrichtung für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten
Patentanspruchs.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 615 417 ist eine Regeleinrichtung
für Durchlauferhitzer bekannt, bei welcher in Reihe mit einem Heizwiderstand ein
Temperaturregler eingeschaltet ist. Hierbei soll ein Temperaturfühler die Wassertemperatur
fühlen und bei Unterschreiten des Sollwertes ein Thyristor so lange zünden, bis
der Sollwert wieder erreicht ist. Da dieser Regler als Zweipunktregler ausgebildet
ist, haften ihm auch alle Nachteile eines Zweipunktreglers an.
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Weiterhin wird bei der bekannten Regeleinrichtung ein zweiter Heizwiderstand
unabhängig von der Temperatur von einem Druckdi fferenzschal ter eingeschaltet,
was bedeutet, daß abhängig vom Wasserstrom neben der Konstantlast eine zusätzliche
Stufe eingeschaltet wird. Unterschiedliche einstellbare Auslauftemperaturen lassen
sich mit dieser Schaltungsanordnung nicht erreichen, sondern lediglich eine Auslauftemperatur
von ca. 600 C. Bei dieser Temperatur tritt aber schon eine starke Verkalkungsgefahr
des Gerätes ein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbesserung der Regelung der Wasserauslauftemperatur
durch die Anordnung der Temperaturfühler und eine Störgrößenerfassung zu erreichen.
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Spezielle Aufgabe ist es weiterhin, die Auslauftemperatur einstellbar
zu machen und konstant zu halten, auch wenn sich der Wasserstrom ändert. Weiterhin
ist es Aufgabe der Erfindung, die Konstantl aststufe unabhängig.vom Wasserstrom
temperaturabhängig einzuschalten, um somit den Energiebedarf an den der Temperaturerhöhung
anzupassen.
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Merkmale des ersten
Patentanspruchs gelöst.
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Mit der Erfindung ergeben sich die Vorteile, daß ein einfacher P-Regler
Verwendung finden kann, welcher einen geringen
Aufwand an elektrischen
Bauteilen darstellt, wobei trotzdem eine fast. lineare Auslauftemperatur mit nur
geringem Oberschwingen erreicht. wird.
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Durch die Teilung der Strecken in einen geregelten und einen gesteuerten
Teil und die Anordnung der Temperaturfühler, erreicht man kurze Totzeiten bei kurzen
Regelstrecken, was wesentlich zur Verbesserung des Regelergebnisses beiträgt. Durch
die. Störgrößenerfassung werden alle Störgrößeneinflüsse, wie Einlauftemperatur,
Wasserstrom, Spannungsschwankungen, erfaßt und der Regelung mitgeteilt.
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Da die Konstantlaststufe temperaturabhängig zugeschaltet wird, ergibt
sich ein vernachlässigbar kleiner Temperatursprung bei der Zuschaltung.
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Kann die Auslauftemperatur auf eine kleinere Temperatur als 600 C
eingestellt werden, braucht kein kaltes Wasser beigemischt werden. Durch diese Maßnahme
wird auch eine Verringerung der Verkalkungsgefahr erreicht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Fig.
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1 und 2 der.Zeichnungen.
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Gleiche Bezugszeichen bedeuten jeweils die gleichen Einzelheiten.
Es zeigen Fig. 1 eine Regeleinrichtung gemäß der Erfindung Fig. 2 ein Leistungs-Temperaturkennlinienfeld
mit dem Wasserstrom als Parameter.
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In Fig. 1 ist ein Durchlauferhitzer 1 mit einem Einlaßkanal 2, Heizkanälen
3, 4, 5 und 6 und einem von einem Ventil 7 absperrbaren Auslaßkanal 8 dargestellt.
Die Heizkanäle 3, 4, 5 und 6 sind dabei in Serie geschaltet und enthalten je einen
Heizwiderstand 9, 10, 11 und 12, der als Rohrheizkörper ausgebildet sein kann und
vom Wasser umspült wird. Der Heizwiderstand 9 ist über eine Leitung 13 mit dem Heizwiderstand
10 und einem Kontakt 14 eines Wasserschalters 15 verbunden.
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Der andere Anschluß 16 des Hetwiderstandes 9 korrespondiert über
eine Leitung 17 mit einem Triac 18 und einem weiteren Schaltkontakt 19 des Wasserschalters
15. Der Heizwiderstand 10 ist über einen Relaiskontakt 20 und eine Leitung 21 mit
einem Anschluß 22 des Heizwiderstandes 11 und einem Kontakt 23 des Wasserschalters
15 verbunden. Die drei Phasen R.S.T.
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sind dabei an die Kontakte 14, 23 und 19 angeschlossen. Eine Verbindungsleitung
24 verbindet die Heizwiderstände 11 und 12, so daß sich eine Serienschaltung ergibt.
Ein Anschluß 25 des Heizwiderstandes 12 wird von dem Triac 18 bestromt.
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Ein erster temperaturabhängiger Widerstand 26, der zwischen den in
Fließrichtung 60 vorletzten und letzten Heizwiderständen 11 und 12 die Temperatur
des Wassers fühlt, ist einer seits an eine positive Versorgungsspannung 27 und andererseits
über eine Leitung 28 an einen zweiten, temperaturabhängigen Widerstand 29 angeschlossen.
Der temperaturabhängige Widerstand 29, der die Temperatur des Wassers zwischen den
Heizwiderständen 9 und 10 abfühlt, ist über eine Leitung 30 an
einen
P-Regler 31 und einen Spannungsvergleicher 32 angeschlossen, wobei der P-Regler
31 über einen Nullspannungsschalter 33 mit einem Gateanschlu Mdes Triacs 18 und
der Spannungsvergleicher 32 mit einer, den Relaiskontakt 20 betätigenden Relaisspule
35 verbunden ist. Dem P-Regler 31 wird über ein mit einer negativen Spannungsquelle
36 verbundenes Sollwertpotentiometer 37 ein einstellbarer Sollwert eingegeben.
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Der Spannungsvergleicher 32 erhält über eine Referenzspannungsquelle
38 und eine Leitung 39 eine Referenzspannung.
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In dem Einlaßkanal 2 ist eine Venturi 40 eingebaut, wobei jeweils
vor und hinter der Venturi 40 Rohrleitungen 41 und 42 abzweigen, die mit Membrankammern
43 und 44 des Wasserschalters 15 verbunden sind.
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Wird eine geringe Menge pro Zeiteinheit an Brauchwasser gezapft, schaltet
der Wasserschalter 15, angetrieben vom Differenzdruck der Venturi 40, die Kontakte
14, 23 und 19. Der Heizwiderstand 9 wird dabei an Spannung gelegt und heizt das
durchfließende Wasser auf. Der temperaturabhängige Widerstand 29 fühlt die Temperatur
des Wassers, die abhängig ist von den Störgrößen der Einlauftemperatur, der Größe
des Wasserstroms und der Spannung am Heizwiderstand 9.
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Dieses aufgeheizte Wasser gelangt zum temperaturabhängigen Widerstand
26, der die Ist-Temperatur fühlt und diese dem Regler 31 mitteilt. Der Regler 31
ist als P-Regler ausgebildet, welcher eine bleibende Regelabweichung aufweist, die
sich
vergrößert, je größer der Wasserstrom wird.
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Diese Regelabweichung wird durch den nachgeschalteten Heizwiderstand
12 nahezu kompensiert, der etwa die gleiche Energie erhält wie der Heizwiderstand
11, da beide in Serie mit dem Triac'l8,geschaltet sind und etwa gleiche Widerstandswerte
besitzen.
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Alle auf den Eingang der Regelstrecke wirkenden Störgrößen werden
vom temperaturabhängigen Widerstand 29 erfaßt und ebenfalls dem Regler 31 mitgeteilt,
der diese Störgrößen vor dem Durchlaufen der gesamten Regelstrecke ausregeln kann.
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Wird der Wasserstrom erhöht,so vergrößert sich der Widerstandswert
der beiden temperaturabhängigen Widerstände 26 und 29 ständig. Dadurch sinkt die
Spannung der Leitung 30 gegenüber der negativen Betriebsspannungsquelle 36. Im Spannungsvergleicher
32 wird diese Spannung mit der Referenzspannung 38 verglichen und nach Oberschreiten
der Referenzspannung 38 wird das Relais 35 betätigt und somit der Heizwiderstand
10 an Spannung angeschaltet. Der temperaturabhängige Widerstand 26 fühlt nun eine
stark steigende Temperatur und veranlaßt den Regler 31, den Heizwiderständen 11
und 12 weniger Energie zuzuführen, bis der Sollwert, welcher am Sollwerteinsteller
37 einstellbar ist, erreicht ist.
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Durch die günstige Anordnung des temperaturabhängigen Widerstandes
zwischen den beiden Heizwiderständen 11 und 12 ergibt sich eine geringe Totzeit
und somit kein Oberschwingen der Auslauftemperatur.
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In Fig. 2 ist die Auslauftemperatur 2/°C in Abhängigkeit von der Leistung
P/kW dargestellt. Der Parameter ist der Wasserstrom. In diesem Beispiel soll die
Temperatur des Wassers auf ca. 460 C t 20 C gehalten werden, bei einer Einlauftemperatur
von 180 C.
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Wenn ein Wasserstrom von ca. 3,6 timin gezapft wird, entsprechend
einer Geraden 50, ergibt sich etwa eine Temperatur von 460 C, bei einer Grundlast
von 7 kW, da der Heizwiderstand 9 eingeschaltet ist. Wird der Wasserstrom erhöht,
z.B. gemäß einer Geraden 51, so wird das Wasser von der Grundlast und der geregelten
Leistung beheizt. Ohne den Heizwiderstand 12 ergäbe sich eine Kennlinie, die dem
Verlauf einer strichpunktiertenKurve 52 folgen würde, wobei der Schnittpunkt der
strichpunktierten Linie 52 mit der Geraden 51 die Temperatur des auslaufenden Wassers
angibt. Die Kurve 52 stellt gleichzeitig den Verlauf der Reglerkennlinie des P-Reglers
31 dar. Mit zunehmendem Wasserstrom würde die Temperatur also sinken. Da aber dem
Heizwiderstand 11 ein Heizwiderstand 12, der ebenfalls vom Triac 18 gespeist wird,
strömungsmäßig nachgeschaltet ist, addiert sich zur ebengenannten Leistung die Leistung
des nachgeschalteten Heizwiderstandes 12, so daß sich eine Erhöhung der Auslauftemperatur
auf ca. 480 C ergibt. Wird der Wasserstrom weiter erhöht, so wird zur Grundlast
noch eine weitere geschaltete Konstantlast, repräsentiert durch die Beheizung des
Heizwiderstandes 10, zugeschaltet. Eine strichpunktierte Kurve 53 stellt dabei wieder
die Reglerkennlinie des P-Reglers 31 dar, während die Kurven 54 und 55 die Auslauftemperatur
in
Abhängigkeit von dem Wasserstrom repräsensieren.
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Bei einem Wasserstrom von ca. 9 &/min ergäbe sich gemäß einer
Geraden 56 eine Auslauftemperatur von 460 C und bei ca. 11,5 &Ymin eine Auslauftemperatur
von 440 C gemäß einer Geraden 57. Eine Veränderung der Einlauftemperatur würde von
dem temperaturabhängigen Widerstand 29 kompensiert werden.
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Am Punkt 58 ergibt sich ein Knick zwischen den Kurven 54 und 55. An
diesem Punkt erreichen die Grundlast in Verbindung mit der geregelten Last ihr Maximum
und die weitere Grundlast, repräsentiert durch den Heizwiderstand 10, wird zugeschaltet.
Der Regler 31 in Verbindung mit dem Nullspannungsschalter 33, liefert in diesem
Punkt 58 keine Impulspakete an die Heizwiderstände 11 und 12, so daß auch die Reglerkennlinie
53 bei der geringsten Regelabweichung beginnt. Eine Gerade 59 repräsentiert hierbei
einen Wasserstrom von ca. 7 t/min.
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Patentansprüche: