DE3046438A1 - Elektrischer tauchheizkoerper mit elektronischer einrichtung zum steuern der heizkoerper- und fluessigkeitstemperatur - Google Patents

Elektrischer tauchheizkoerper mit elektronischer einrichtung zum steuern der heizkoerper- und fluessigkeitstemperatur

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DE3046438A1
DE3046438A1 DE19803046438 DE3046438A DE3046438A1 DE 3046438 A1 DE3046438 A1 DE 3046438A1 DE 19803046438 DE19803046438 DE 19803046438 DE 3046438 A DE3046438 A DE 3046438A DE 3046438 A1 DE3046438 A1 DE 3046438A1
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00Details of electric heating devices
    • H05B1/02Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227Applications
    • H05B1/0297Heating of fluids for non specified applications
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78Heating arrangements specially adapted for immersion heating

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  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Description

  • Elektrischer Tauchheizkörper mit elektronischer Einrichtung
  • zum Steuern der Heizkörper- und Flüssigkeitstemperatur Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Tauchheizkdrper, der mit einer eletronischen Einrichtung ausgerüstet ist, die sowohl das Überschreiten der für den Tauchheizkörper maximal zulässigen Temperatur verhindern, als auch das'genaue Einhalten einer vorgegebenen Flüssigkeitstemperatur bewirken 8oll.
  • Um die für den Tauchheizkörper maximal zulässige Temperatur zu begrenzen, sind bereits Konstruktionen bekannt, bei denen der Temperaturfühler eines mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder auch elektrischen Temperaturreglers oder Temperaturbegrenzers wärmeleitend mit einem beheizten Teil des Tauchheizkdrpers verbunden ist. Beim Überschreiten der Grenztemperatur bewirkt das mit dem Temperaturfühler verbundene Steuerorgan das Abschalten der Heizleistung.
  • Da vielfach die Forderung besteht, dan der Tauchheizkörper als kompakte Cleräteeinheit auch eine Einrichtung zur Konstanthaltung einer vorgegebenen Flüssigkeitstemperatur enthalten soll, sind Konstruktionen bekannt, bei denen der Tauchheizkörper mit einem zweiten Temperaturfühler ausgestattet ist, der nicht wärmeleitend mit einem beheizten Teil des Tauchheizkdrpers verbunden ist und in Zusammenwirkung mit einem Regelgerät der oben genannten Bauart die Aufgabe der Konstanthaltung einer vorgegebenen Flüssigkeitstemperatur in mehr oder minder vollkommenem bzw. gewünschtem Ausmaß erfüllt.
  • Die in der beschriebenen oder ähnlichen Weise ausgerüsteten Tauchheizkörper weisen eine Reihe von Nachteilen auf: Das Vorhandensein, beziehungsweise die Notwendigkeit zweier Temperaturfühler und zweier Steuerelemente, hat verhältnismäßig hohe Gestehungskosten des Tauchheizkörpers mit Steuereinrichtung für die Heizkörper- und Flüssigkeitstemperatur zur Folge.
  • Bei den, in der Regel sehr beschränkten Abmessungen zur Unterbringung von Tauchheizkörpern in modernen Flüssigkeitserhitzern bereitet die Anordnung zweier Fühlerrohre und zweier Steuerelemente Schwierigkeiten und führt vielfach zu Funktionsstörungen, weil der Temperaturfühler für den Regler der Flüssigkeitstemperatur nicht nur von der Flüssigkeitstemperatur, sondern zusätzlich von der Temperatur des Tauchheizkörpers beeinflußt wird.
  • Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, die genannten Nachteile zu beheben.
  • Erfindungsgemäß sind zwei in Serienschaltung angeordnete Thermoelemente, beispielsweise nach Din 43732 und DIN 43710 als Sensoren eines Zweirichtungs- (bidirektionalen)Thyristors, genannt Tf4IAC, der als steuerbarer Halbleiter-Leistungsschalter mit 2 Hauptanschlüssen und einem Steueranschluß zur Regelung der Tauchheizkürperbelastung verwendet wird, mit dem Tauchheizkörper verbunden.
  • Die Schweißstelle des einen Thermoelementes ist gut wärmeleitend mit einem beheizten Teil des Tauchheizkörpersw vorzugsweise mit seinem Rohrmantel, verbunden. Die Schweißstelle des zweiten Thermoelementes befindet sich außerhalb des thermischen Einflußbereiches des JTauchheizkörpers, innerhalb der Flüssigkeit.
  • Beide Thermoelemente künnen-erfindungsgemäß in einem Schutzrohr untergebracht sein, das nur im Bereich der Schweißstelle des zur Steuerung der Heizkörpertemperatur verwendeten Thermoelements mit einem beheizten Teil des Tauchheizkörpers gut wärmeleitend verbunden ist. Die Vergleichsstellen beider Thermoelemente sind außerhalb des Schutzrohres und der Flüssigkeit innerhalb des Anschlußkopfes des Tauchheizkörpers angeordnet. Erfindungsgemäß kann jedes der beiden in Serie geschalteten Thermoelemente in einem besonderen Schutzrohr untergebracht und gegen den Einfluß der Flüssigkeit geschützt sein. Diese konstruktive Lösung ist dann vorteilhaft, wenn Thermoelemente verwendet werden, die bereits mit einem metallischen Schutzmantel umgeben sind.
  • Zur temperaturabhängigen Steuerung der Leistung des Tauchheizkörpers dient erfindungsgemäß ein bidirektionaler Thyristor, auch Wechselstrom-Thyristor oder Triac genannt, als steuerbarer Halbleiterschalter mit 2 Hauptanschlüssen(H 1 und H 2) und einem Steueranschluß (Gnte,G,), Zum Ansteuern beziehungsweise zur Überführung dieses Halbleiterbauelementes in den leitenden Zustand (Zündung) mit Thermoelementen als Sensor wird die Ausgangsspannung der Thermoelementkombination, bestehend aus den beiden in Serie geschalteten Thermoelementen zunächst mit einem Operationsverstärker zum Beispiel der RCA Baureihe CA> 3060, CA> 3078, CA 3080, CA 3094 und CA 3280 verstärkt und dann über eine monolithisch integrierte Schaltung, genannt Nullspannungsschalter, zum Beispiel der RCA Baureihe CA 3058, CA 3059 und CA 3079 als Steuerungs- beziehungsweise Triggerelement an den Steueranschluß (Gate, G) des Triac geleitet.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, daß der Steuerimpuls die Zündverzugszeit des Triac überdauert und am Ende des Steuerimpulses im Lastkreis mindestensrEintatistrom (IHT) des Triac fließt.
  • Der Tauchheizkörper besteht aus einem oder mehreren Heizwiderständen, vorzugsweise Rohrheizkörpern, Heizpatronen oder anderen elektrischen Heizleitern die einphasig oder mehrphasig in Gruppen von serien-oder parallelgeschalteten Heizwiderstandseinheiten zwischen den Hauptanschlüssen H 1 und H 2 des Triac oder debTriacs angeordnet sind.
  • Erfindungsgemäß besteht auch die Möglichkeit, daß bloß ein Heizwiderstand oder ein Teil der in Serie oder parallelgeschalteten Heizwiderstand als RegeUaSt zwischen den Hauptanschlüssen des Triac oder derTriacs angeordnet ist, während der restliche Teil der Heizwiderstände als Grundlast ohne Triacsteuerung ständig vom Versorgungsnetz gespeist wird.
  • Wenn der Tsuchheizkörper aus einem Drehstrom- oder Mehrphasensystem von Heizwiderständen oder in Serie beziehungsweise parallelgeschalteten Heizwiderstandsgruppen besteht, das über ein oder mehrere Schütze, deren Steuerspulen mit den Hauptanschlüssen H 1 und H 2 des Triac verbunden sind, handelt es sich um eine teilweise induktive Last. In diesem Falle wird erfindungsgemäß parallel zum Trisc ein sogenanntes RC-Glied, bestehend aus Kondensatoren und Widerständen, angeordnet.
  • Die Kondensatoren und Widerstände sind so bemessen, daß das langsame Ansteigen des Einschaltstromes infolge der Induktivität der Steuerspule des Schützes ausgeglichen wird und die Summe aus Kondensatorstrom und Laststrom nach erfolgter Zündung des Triac wenigstens so groß ist, wie der Einsa$istrom des Triac.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich: Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Tauchheizkürpers Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel der elektrischen Steuereinrichtung des Tauchheizkörpers.
  • In der schematischen Darstellung nach Figur 1 ist der Heizwiderstand ein Rohrheizkörper, der in dem Befestigungselement, beispielsweise, dem Schraubkopf 2 feuchtigkeitssicher befestigt ist. In dem Schutzrohr 4 sind die erfindungsgemäß in Serie geschalteten Thermoelemente c und 5 angeordnet. Die Schweißstelle des Thermoelements 5 befindet sich an der Verbindungsstelle 9 des Schutzrohres 6 mit dem beheizten Teil des Rohrheizkörpers 1. Die Schweißstelle 6 des Thermoelements 6 befindet sich-, entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel in jenem Teil des Schutzrohres 4, der etwas länger ist als die Eintauctitiee 1[ und vermittelt die tatsächliche Flüssigkeitstemperatur ohne Beeinflussung durch die Strahlungs- beziehungsweise Leistungswärme des Tauchheizkörpers.
  • -fn dem Anschlußkopf 3 des Tauchheizkörpers befi'nden sich die Anschlußenden des Heizwiderstandes 1, die Vergleichsstellen7der in Serie geschalteten Thermoelemente 5 und 6, sowie der Halbleiterbausatz 8, beziehungsweise der Triac-Leistungsschalter mit den zugehörigen Halbleiter-Bauelementen.
  • flei normalem Betrieb des Flüssigkeitserhitzers wird die Flüssigkeit durch den Heizwiderstand 1 des Tauchheizkörpers solange erwärmt, bis die in den seriengeschalteten Thermoelementen 5 und 6 erzeugte Spannung über den Operationsverstärker und den Nullspannungsschalter des Bauelemente-Steuerrohrs 8 den Triac zum Abschalten des Heizwiderstandes bringt. Die folgende Abkühlung der Flüssigkeit und das Absinken der Thermoelement-Spannung bewirkt ein Zünden des Triac sowie das Wiedereinschalten des Heizwiderstandes.
  • Auf diese Weise erfolgt die Konstanthaltung der Flüssigkeitstemperatur.
  • Wenn durch irgend eine Betriebsstörung, zum Beispiel durch das Ausfließen der Flüssigkeit oder durch starken Kesselsteinbelag an dem Heizkörper 1 die Temperatur an der Verbindungsstelle 9 zwischen Rohrheizkörper 1 und Schutzrohr 4 ansteigt, steigt auch die Thermospannung des Thermoelements 5 stark an. Selbst wenn die Schweißstelle 6 des Thermoelements 6 nach teilweisem Ausfließen der Flüssigkeit oder nach vollständigem Ausfließen der Flüssigkeit einer relativ niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, da es ja nicht durch Temperatur des 'überhitzten" Tauchheizkörpers ausgesetzt ist, bewirkt der steile Temperaturanstieg des in seiner Wärmeabgabe gestörten Rohrheizkörpers 1 einen sehr schnellen Anstieg der resultierenden Thermoelementspannung der beiden seriengeschalteten Thermoelemente und ein rasches Abschalten der Heizleistung durch das Ansprechen des Triac-Leistungsschalters.
  • In der Figur 2 ist ein Schaltungsbeispiel der erfindungsgemäßen Triåc-Steuereinrichtung dargestellt.
  • 4 Der Heizwiderstand beziehungsweise die in Serie oder parallelgeschalteten Heizwiderstände 1 sind mit den Hauptanschlüssen H 1 und H 2 des Triac 2 verbunden.
  • Die Ansteuerung des Triac 2 erfolgt, ausgehend von der Thermoelementspannung des in Serie geschalteten Thermoelements 5 und 6 über den Operationsverstärker 13 mit dem Nullspannungsschalter 14 an den Steueranschluß G des Triac 2.
  • II Im Falle der Verwendung eines Schutzes zum Zu- und Abschalten der mehrphasigen Heizwiderstandsgruppen ist anstelle des Heizwiderstandes 1 die Steuerspule des Schützes angeordnet. In diesem Falle wird das in der Patentbeschreibung erwähnte RC-(3lied parallel zu den Hauptanschlüssen H 1 und H 2 des Triac angeordnet und bewirkt den Ausgleich des im ersten ##ement der Triac-Zündung fehlenden Stromanteil dadurch, daß nach erfolgter Zündung die Summe aus Kondensaturstrom und Laststrom nicht kleiner ist als der Ein#a@#strom des Triac.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1.) Elektrischer Tauchheizkörper mit elektronischer Einrichtung zum Steuern der Heizkörper- und Flüssigkeitstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Serienschaltung angeordnete Thermoelemente als Sensoren eines Triac-Leistungschalters so mit dem Tauchheizkörper verbunden sind, daß die Schweißstelle des einen Thermoelementes gut wärmeleitend mit einem beheizten Teil des Tauchheizkörpers, vorzugsweise mit seinem Rohrmantel verbunden ist, während die Schweißstelle des anderen Thermoelementes außerhalb des thermischen Einflußbereiches des Tauchheizkörpers, innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist.
  2. 2.) Elektrischer Tauchheizkörper nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Thermoelemente in einem Schutzrohr, das nur im Bereich der Schweißstelle des einen Thermoelementes mit einem beheizten Teil des Tauchheizkörpers gut wärmeleitend verbunden ist, angeordnet sind, während sich die Vergleichsstellen beider Thermoelemente außerhalb des Schutzrohres und der Flüssigkeit, vorzugsweise innerhalb des AnschlußkopPes des Tauchheizkörpers befinden.
  3. 3.) Elektrischer Tauchheizkorper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Thermoelemente in einem besonderen Schutzohr angeordnet ist.
  4. 4.) Elektrischer Tauchheizkörper nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Schutzrohre im Bereich der Schweißstelle deo Thermoelementes gut wärmeleitend mit einem beheizten Teil des Tauchheizkörpers verbunden ist, während das zweite Schutzrohr innerhalb des Bereiches der Schweißstelle des Thermoelementes auBerhalb des thermischen Einflußbereiches des Tauchheizkörpers, vorzugsweise außerhalb der Eintauchtiefe des Tauchheizkörpers, innerhalb der. Flüssigkeit angeordnet ist.
  5. 5.) Elektrischer Tauchheizkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steueranschluß (Gate) des Triac und den Anschlüssen der Thermoelemente ein Operationsverstärker und ein Nullspannungsschalter angeordnet sind.
  6. 6.) Elektrischer Tauchheizkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchheizkörper aus einem oder mehreren in Serie oder parallel geschalteten Heizwiderständen, vorzugsweise Rohrheizkörpern oder Heizpatroncn besteht, die zwischen den Hauptanschlüssen des Triac angeordnet sind.
  7. 7.) Elektrischer Tauchheizkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchheizkörper aus zwei oder mehreren Heizwiderständen besteht, von denen bloß ein Heizwiderstand bzw. ein Teil der in Serie oder parallel geschalteten Heizwiderstände als Regellast zwischen den Hauptanschlüssen des Triac angeordnet ist.
  8. 8.) Elektrischer Tauchheizkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchheizkörper aus einem Drehstrom- oder Mchrphasensystem von Heizwiderständen oder in Serie bzw. parallelgEschalteten Heizwiderstandgruppen besteht, die über ein oder mehrere Schütze, deren Steuerspulen zwischen den Hauptanschlüssen des Triac bzw. des Triacs angeschlossen sind, mit dem Versorgungsnetz verbunden ist.
  9. 9.) Elektrischer Tauchheizkdrper nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Triac ein RC-6lied angeordnet ist, dessen Kondensator und Widerstand so bemessen sind, daß die Summe aus Kondensatorstrom und Laststrom nach erfolgter Zündung des Triac wenigstens so groß ist wie der Einraststrom des Triac.
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DE102013001964B4 (de) 2013-02-05 2018-03-15 Leo Röckert Badwärmvorrichtung zur Erwärmung eines galvanischen Bades

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