DE2858254C2 - Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern - Google Patents

Description

ren Schwierigkeiten: Durch die Netzimpedanz beeinflußt die hohe Heizleistung des elektrischen Durchlauferhitzers die Netzspannung. Eine hohe Schaltfrequenz würde daher ein unangenehmes Flimmern elektrischer Glühlampen mit sich bringen. Die von am Versorgungsunternehmen zugelassene geschaltete Heizleistung ist daher umso kleiner, je höher die Schaltfrequenz ist Diese Forderungen stehen dem Bemühen entgegen, die Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers hoher Leistung mit hoher Genauigkeit zu regeln. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, die Auslauftemperatur von elektrischen Durchlauferhitzern elektronisch zu regeln, wobei die installierte Heizleistung des Durchlauferhitzers in Stufen unterteilt ist und für die Temperaturregelung nur eine der Stufen geschaltet

^i wird.

?* Die DE-OS 23 42 264 zeigt einen Temperaturregler für einen mit Drehstrom elektrisch beheizten Durchlauferhitzer. Es sind dort drei Heizwiderstände vorgesehen, die durch ein Schütz unmittelbar an die drei Phasen des Drehstroms anlegbar sind und eine Stufe konstanter Heizleistung bilden. Darüber hinaus sind drei weitere Heizwiderstände vorgesehen, die jeder in Reihe mit einem Triac an einer der drei Phasen des Drehstroms liegen. Die Triacs wie das Schütz werden von einem Temperaturfühler in Form einer Brücke mit einem temperaturempfindlichen Widerstand gesteuert, der auf Abweichung der Auslauftemperatur von einem Sollwert anspricht Zu diesem Zweck liegt das Ausgangssignal des Temperaturfühlers an einem Multivibrator, der eine Impulsfolge mit einem diesem Ausgangssignal proportionalen Impuls-Pausenverhältnis abgibt Von dieser Impulsfolge werden die Triacs aufgesteuert. Ein Binärzähler erhält Signale von einem spannungsgesteuerten Multivibrator, der seinerseits von einem Phasendiskriminator gesteuert ist. Der Phasendiskriminator vergleicht die Phase eines Ausgangssignals des Binärzählers mit der Phase der Netzspannung, so daß der Binärzähler mit der Netzspannung synchronisiert wird. Von dem Binärzähier können dann über eine Logikschaltung drei um 120° gegeneinander phasenverschobene, mit den Drehstromphasen synchronisierte Rechteckspannungen erhalten werden, welche die Aufschaltung des Signals von dem Multivibrator auf die Triacs so steuern, daß die Triacs jeweils nur im Nulldurchgang der betreffenden Drehstromphase zünden. Diese Anordnung hat also praktisch die Funktion von Nullspannungsdetektoren. Der Temperaturfühler steuert über einen Schwellwertschalter das Schütz. Wenn die über die Triacs gesteuerte Heizleistung nicht ausreicht, die Solltemperatur zu erreichen, wird eine weitere konstante Heizleistung über die mittels des Schützes an Spannung gelegten Heizwiderstände zugeschaltet.

Die DE-PS 26 02 868 beschreibt eine Einrichtung zum Regeln der Auslauftemperatur eines mittels Drehstroms elektrisch beheizten Durchlauferhitzers. In einem Durchlaufkanal sind vier Heizwiderstände stirömungsmäßig in Reihe angeordnet. Am Auslaß des Durchlauf kanals sitzt ein Temperaturfühler. Das Signal des Temperaturfühlers wird durch einen Regler mit einem SIoIlwert verglichen. Das Ausgangssignal des Reglers siteuert über einen Spannungs-Impuisbreiten-Wandler und Nullpunktschalter einen Triac. Über den Triac wird ein Heizwiderstand oder die elektrische Reihenschaltung von zwei Heizwiderständen zwischen zwei Phasen des Drehstroms gelegt. Welche dieser Schaltungsarten gegeben ist, hängt von einem Relais ab, das wiederum von dem Ausgangssignal des Reglers über einen Tiefpaß und eine Logikschaltung mit zwei Komparatoren gesteuert ist Zunächst liegen zwei Heizwiderstände in Reihe über den Triac zwischen zwei Phasen des Drehstroms. Bei Oberschreiten eines bestimmten Ausgangssignals des Reglers wird das Relais über die Logikschaltung erregt und schaltet einen der Heizwiderstände paraliel zu dem Triac, während nur noch der andere über den Triac an Spannung liegt Damit wird die von dem Triac gesteuerte Leistung verdoppelt In einem weiteren Schaltzustand werden gesteuert von der Logikschaltung über ein Relais weitere Heizwiderstände zugeschaltet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern zu schaffen, welche auch bei Durchlauferhitzern hoher Leistung unter Berücksichtigung des eingangs erwähnten Zusammenhanges zwischen zu schaltender Leistung und zulässiger Schaltfrequenz eine genaue Regelung der Auslauftemperatur gestattet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß

(e) die einlaufseitige Stufe von einem zweiten Regler über einen Triac mit Nullspannungsschalter steuerbar ist,

(f) der zweite Regler von dem Signal des zweiten Temperaturfühlers beaufschlagt und von dem ersten Temperaturfühler unabhängig ist,

(g) der zweite Temperaturfühler zwischen der von dem zweiten Regler gesteuerten einlaufseitigen Stufe und der auslaufseitigen Stufe angeordnet ist, (h) der erste Temperaturfühler im Auslauf stromab von der auslaufseitigen Stufe angeordnet ist und

(i) die Schaltfrequenz des die auslaufseitige Stufe schaltenden ersten Reglers höher ist als die des zweiten Reglers, der die einlaufseitige Stufe schaltet.

Es erfolgt somit eine Vorregelung durch den weiteren Regler mit einer relativ niedrigen Schaltfrequenz. Diese Vorregelung bringt wegen der niedrigen Schaltfrequenz noch Temperaturschwankungen mit sich, die sich aber auch bei stark schwankenden Einlauftemperaturen oder Wassermengen in einem Bereich halten, der durch die üblicherweise geringere Leistung der auslaufseitigen Stufe beherrscht werden kann. Die auslaufseitige Stufe bewirkt eine »Feinregelung« mit höherer Schaltfrequenz. Die Vorregelung arbeitet ständig. Es erfolgt also

so nicht etwa, wie beim Stand der Technik, eine plötzliche Zuschaltung einer zusätzlichen Heizstufe, wenn der Regelbereich der geregelten Heizstufe überschritten wird. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei einem elektrischen Durchlauferhitzer zeigt.

Der Einfachheit der Darstellung halber ist in der Figur als Wechselspannung jeweils eine Phase dargestellt, die auf Heizwendeianordnungen gegeben wird, weiche ebenfalls jeweils durch eine einzige Heizwendel dargestellt sind. In der Praxis wird der elektrische Durchlaufernitzer mit Drehstrom betrieben, wobei jede Heizwendelanordnung aus wenigstens drei von den verschiedenen Phasen des Drehstroms beaufschlagten Heizwendeln besteht.

In der Figur ist mit 10 der Durchlaufkanal eines elektrischen Durchlauferhitzers bezeichnet, der von einem Kaltwasseranschluß 12 zu einem Auslauf 14 führt. Am Auslauf ist ein Zapfenventil 16 angeordnet. In dem Durchlaufkanal 10 sind strömungsmäßig hintereinandergeschaltet eine Heizwendelanordnung 18, eine Heizwendelanordnung 20 und eine Heizwendelanordnung 22 vorgesehen. Die Heizwendeln können die in der Figur angegebenen Heizleistungen von 10 Kilowatt, 7,8 Kilowatt und 4,2 Kilowatt haben, so daß die gesamte Heizleistung des Durchlauferhitzers 22 Kilowatt beträgt. Die Heizwendelanordnung 18 stellt die erste Stufe der Heizleistung dar, die von einem auf den Wasserdurchfluß ansprechenden Schalter 24 mit dem Schaltkontakt 26 eingeschaltet wird, sobald der Wasserdurchfluß einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Stromab von der eine zweite Stufe der Heizleistung repräsentierenden Heizwendelanordnung 20 ist ein Temperaturfühler 28 im Durchlauf kanal 10 angeordnet. Der Temperaturfühler 28 liefert einen Temperaturistwert für einen PID-Regler 30. Ein Temperatursollwert wird von einem Potentiometer 32 geliefert. Der PID-Regler 30 schaltet über einen Triac mit Nullspannungsschalter 34 die zweite Stufe der Heizleistung.

Ein Temperaturfühler 36 ist im Auslauf 14 angeordnet. Er iiefert einen Temperaturistwert für einen schaltenden PID-Regler 38. Der PID-Regler 38 erhält ebenfalls einen Sollwert von dem Potentiometer 32.

Auf den PID-Regler 30 ist weiterhin die Differenz der mittleren Temperatur aufgeschaltet, die von den Temperaturfühlern 36 und 38 gemessen werden.

Der PID-Regler 30 ist so ausgelegt, daß er mit einer Schaltfrequenz von etwa 10 Schaltungen pro Minute arbeitet. Der PID-Regier 38 ist dagegen so ausgelegt, daß er etwa 100 Schaltungen pro Minute Iiefert.

Durch die Heizwendelanordnung 20 wird eine zweite, relativ große Stufe der Heizleistung mit einer verhältnismäßig niedrigen Schaltfrequenz geschaltet Die Schaltung der Heizleistung von 7,8 Kilowatt mit 10 Schaltungen pro Minute ist wegen der niedrigen Schaltfrequenz zulässig. Mit dieser zweiten Stufe erfolgt eine »Vorregelung« der Temperatur. Die geringe Leistung von 4,2 Kilowatt wird mit hoher Schaltfrequenz geschaltet Sie braucht nur die Temperaturschwankungen herauszuregeln, die sich nach der Vorregelung durch den Regler 30 und die zweite Stufe noch ergeben. Wegen der geringen Heizleistung der dritten Stufe kann diese mit hoher Schaltfrequenz geschaltet werden, so daß sich im Auslauf 14 eine im wesentlichengleichförmige Tempertur ergibt, die mit hoher Genauigkeit einem gewünschten, am Potentiometer 32 eingestellten Sollwert entspricht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (3)

1 2 bar ist, Patentansprüche: (c) der erste Regler von dem Signal eines in dem aus laufseitigen Teil des Durchlaufkanals angeordneten

1. Vorrichtung zur Regelung der Auslauttempera- ersten Temperaturfühlers beaufschlagt ist,

tür bei elektrischen Durchlauferhitzern, bei welcher 5 (d) ein zweiter die Heizleistung steuernder Temperaturfühler in dem einlaufseitigen Teil des Durchlauf-

(a) die installierte Heizleistung in wenigstens zwei kanals angeordnet ist.
Stufen unterteilt ist, die durch je eine Heizwendelanordnung (20 bzw. 22) repräsentiert und in Eine solche Vorrichtung ist bekannt durch die DE-OS einem einlaufseitigen bzw. einem auslaufseiti- io 24 52 569. Diese zeigt einen mittels Drehstrom elekgen Teil eines Durchlaufkanals (10) strömungs- trisch beheizten Durchlauferhitzer, bei welchem in eimäßig in Reihe angeordnet sind, nem Heizkanal mehrere Heizwendeln strömungsmäßig

(b) die auslaufseitige Stufe von einem ersten Regler in Reihe geschaltet sind. Eine erste, einlaufseitige Heiz-(38) über einen Triac mit Nullspannungsschalter wendel wird von einem Wasserschalter unmittelbar zwisteuerbar ist, 15 sehen zwei Phasen des Drehstroms gelegt und stellt eine

(c) der erste Regler (38) von dem Signal eines in konstante Grundheizung dar. Mit einer zweiten auslaufdem auslaufseitigen Teil des Durchlauikanals seitigen Heizwendel liegt ein Triac in Reihe. Der Triac (10) angeordneten ersten Temperaturfühlers wird vom Ausgangssignal eines P-Reglers über einen (36) beaufschlagt ist, Nullspannungsschalter gesteuert An einem Potentio-

(d) ein zweiter die Heizleistung steuernder Tempe- 20 meter kann ein Sollwert für den P-Regler eingesellt raturfühler (28) in dem einlaufseitigen Teil des werden. Die Regelgröße wird von zwei in Reihe ge-Durchlaufkanals (10) angeordnet ist schalteten, temperaturempfindlichen Widerständen geliefert um denen der eine im Bereich der auslaufseitigen,

dadurch gekennzeichnet, daß zweiten Heizwendel und der andere im Bereich einer

25 mittleren, dritten Heizwendel angeordnet ist Diese drit-

(e) die einlaufseitige Stufe (20) von einem zweiten te Heizwendel wird von einem Relais eingeschaltet, das Regler (30) über einen Triac mit Nullspan- von einem Komparator gesteuert ist Der Komparator nungsschalter steuerbar ist, vergleicht die als Regelgröße dienende Spannung mit

(f) der zweite Regler (30) von dem Signal des zwei- einer Referenzspannung.

ten Temperaturfühlers (28) beaufschlagt und 30 Bei dieser bekannten Anordnung ist nur ein im ge-

von dem ersten Temperaturfühler (36) unab- schlossenen Regelkreis arbeitender Regler vorgesehen,

hängig ist, Zwei Temperaturwerte werden durch Reihenschaltung

(g) der zweite Temperaturfühler (28) zwischen der der als Temperaturfühler dienenden temperaturempvon dem zweiten Regler (30) gesteuerten ein- findlichen Widerstände zu einem Reglereingangssignal laufseitigen Stufe (20) und der auslaufseitigen 35 vermischt Es erfolgt keine Messung der Auslauftempe-Stufe (22) angeordnet ist, ratur selbst, da der auslaufseitige Temperaturfühler

(h) der erste Temperaturfühler (36) im Auslauf (14) noch stromauf von einer weiteren Heizwendel angeord-

stromab von der auslaufseitigen Stufe (22) an- net ist.

geordnet ist, und Die Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen

(i) die Schaltfrequenz des die auslaufseitige Stufe 40 Durchlauferhitzern bietet besondere Schwierigkeiten.

(22) schaltenden ersten Reglers (38) höher ist als Elektrische Durchlauferhitzer haben eine sehr hohe in-

die des zweiten Reglers (30), der die einlaufseiti- stallierte Heizleistung von beispielsweise 22 Kilowatt.

ge Stufe (20) schaltet. Die Auslauftemperatur muß sehr genau eingehalten

werden und darf nur geringfügig um die gewünschte

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 Temperatur schwanken. Es ist schwierig, die Heizleizeichnet, daß auf den weiteren Regler (30) zusätzlich stung entsprechend feinfühlig zu regeln.

die Differenz der Mittelwerte der Temperaturen Man kann die elektrische Heizleistung durch eine

aufgeschaltet ist, die von den beiden Temperaturfüh- Phasenanschnittsteuerung stetig regeln. Eine Phasenanlern (28,36) gemessen werden. Schnittsteuerung der hier vorliegenden hohen Leistung

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 50 ist jedoch wegen der dabei erzeugten Oberwellen und zeichnet, daß die auslaufseitige Stufe eine gegenüber der dadurch hervorgerufenen Störungen nicht zulässig, der einlaufseitigen Stufe verminderte Heizleistung Es ist nur zulässig, den Wechselstrom voll ein- oder besitzt. auszuschalten, wobei durch einen Nullspannungsschalter dafür gesorgt wird, daß die Einschaltung und die

55 Ausschaltung jeweils in Zeitpunkten erfolgt, in denen

die Wechselspannung sowieso durch Null geht, so daß kein Phasenanschnitt erfolgt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung Eine Regelung der Heizleistung durch Ein- und Aus-

der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhit- schalten erfordert jedoch eine relativ hohe Schaltfrezern, bei welcher 60 quenz, wenn die Forderung erfüllt werden soll, daß eine

gcwünaciiic Aüsläuilcuiperätür mit hoher Genauigkeit

(a) die installierte Heizleistung in wenigstens zwei Stu- eingehalten wird. Wenn die Heizleistung mit niedriger fen unterteilt ist, die durch je eine Heizwendelan- Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet würde, dann würordnung repräsentiert und in einem einlaufseitigen de aus dem Durchlauferhitzer abwechselnd kaltes oder bzw. einem auslaufseitigen Teil eines Durchlaufka- 65 zu heißes Wasser auslaufen, auch wenn die mittlere nals strömungsmäßig in Reihe angeordnet sind, Heizleistung der gewünschten Temperatur entspricht.

(b) die auslaufseitige Stufe von einem ersten Regler Eine hohe Schaltfrequenz der Ein- und Ausschaltung über einen Triac mit Nullspannungsschalter Steuer- einer hohen Heizleistung führt jedoch wieder zu ande-