DE3426046A1

DE3426046A1 - Elektrischer durchlauferhitzer mit regelbarer auslauftemperatur

Info

Publication number: DE3426046A1
Application number: DE19843426046
Authority: DE
Inventors: Alfred 5628 Heiligenhaus Eckerfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: ECKERFELD ERIKA 5628 HEILIGENHAUS DE
Priority date: 1984-07-14
Filing date: 1984-07-14
Publication date: 1986-01-16

Description

Elektrischer Durchlauferhitzer mit regelbarer
Auslauftemperatur Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit regelbarer Auslauftemperatur, enthaltend (a) einen Durchlaufweg mit einer Mehrzahl von strömungsmäßig in Reihe geschalteten Heizkanälen, (b) auf Wasserströmung in dem Durchlaufweg ansprechende, dreipolige, an drei Phasen eines Drehstroms anschließbare Schaltmittel (c) einen auslaßseitig in dem Durchlaufweg angeordneten Temperaturfühler, (d) erste Heizwiderstände, die in einigen dieser Heizkanäle angeordnet und durch die Schaltmittel bei Erreichen einer vorgegebenen Wasserströmung einschaltbar sind, (e) zweite Heizwiderstände, die in anderen dieser Heizkanäle angeordnet sind, und (f) einen Regler, der mit dem Temperaturfühler verbunden ist und durch den die zweiten Heizwiderstände über elektronische Stellglieder zur Einhaltung eines Sollwerts regelbar sind.
Die Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchl auferhi tzern bietet besondere Schwierigkeiten.
Elektrische Durchlauferhitzer haben eine sehr hohe installierte Heizleistung von beispielsweise 22 kW.
Die Auslauftemperatur muß sehr genau eingehalten werden und darf nur geringfügig um die gewünschte Temperatur schwanken. Es ist schwierig, die Heizleistung entsprechend feinfühlig zu regeln.
Man kann die elektrische Heizleistung durch eine Phasenanschnittsteuerung stetig regeln. Eine Phdsenanschnittsteuerung der hier vorliegenden hohen Leistung ist jedoch wegen der dabei erzeugten Oberwellen und der dadurch hervorgerufenen Störungen nicht zulässig. Es ist nur zulässig, den Wechselstrom voll ein- oder auszuschalten, wobei durch einen Nullspannungsschalter dafür gesorgt wird, daß die Einschaltung und die Ausschaltung jeweils in Zeitpunkten erfolgt, in denen die Wechselspannung sowieso durch Null geht, so daß kein Phasenanschnitt erfolgt.
Eine Regelung der Heizleistung durch Ein- oder Ausschalten erfordert jedoch eine relativ hohe Schaltfrequenz, wenn die Forderung erfüllt werden soll, daß eine gewünschte Auslauftemperatur mit hoher Genauigkeit eingehalten wird. Wenn die Heizleistung mit niedriger Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet würde, dann würde aus einem Durchlauferhitzer abwechselnd kaltes oder zu heißes Wasser auslaufen, auch wenn die mittlere Heizleistung der gewünschten Temperatur entspricht.
Eine hohe Schaltfrequenz der Ein- und Ausschaltung einer hohen Heizleistung führt jedoch wieder zu anderen 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 den Versorgungsunternehmen zugelassene geschaltete Heizleistung ist daher um so kleiner, je höher die Schaltfrequenz ist. Diese Forderungen stehen dem Bemühen entgegen, die Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers hoher Leistung mit hoher Genauigkeit zu regeln.
Durch die DE-OS 28 37 934 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern bekannt, welche auch bei Durchl auferhitzern hoher,Leistung von beispielsweise 22 kW eine genaue Regelung der Auslauftemperatur gestattet. Das wird nach der DE-OS 28 37 934 dadurch erreicht, daß die installierte Heizleistung des Durchlauferhitzers in wenigstens zwei Stufen unterteilt ist und für die Temperaturregelung jeweils nur eine Stufe geschaltet ist. Es wird somit auf den Durchlauferhitzer eine feste Heizleistung geschaltet, die von dem Regelspiel des Temperaturreglers nicht beeinflußt ist. Die Temperaturregelung erfolgt durch eine Stufe der Heizleistung, die wesentlich kleiner als die gesamte Heizleistung des Durchlauferhitzers sein kann.
Die geringe Heizleistung dieser Stufe kann dann bei dem Regelspiel mit einer entsprechend hohen Frequenz geschaltet werden, so daß eine genaue Einhaltung einer gewünschten Auslauftemperatur gewährleistet ist.
Bei dem durch die DE-OS 28 37 934 bekannten elektrischen Durchlauferhitzer ist ein Durchlaufweg mit einer Mehrzahl von strömungsmäßig in Reihe geschalteten Heizkanälen vorgesehen. Weiterhin enthält der elektrische Durchlauferhitzer auf Wasserströmung in dem Durchlaufweg ansprechende Schaltmittel, die vorzugsweise dreipolig ausgeführt und an drei Phasen eines Drehstroms anschließbar sind. Auslaßseitig ist in dem Durchlaufweg ein Temperaturfühler angeordnet. Erste Heizwiderstände sind in einigen dieser Heizkanäle angeordnet und durch die Schaltmittel bei Erreichen einer vorgegebenen Wasserströmung einschaltbar. Zweite Heizwiderstände sind in anderen dieser Heizkanäle angeordnet. Ein Regler, der mit dem Temperaturfühler verbunden ist, regelt die zweiten Heizwiderstände über elektronische Stellglieder zur Einhaltung eines Sollwerts. Die DE-OS 28 37 934 beschreibt einige Ausführungen solcher elektronischer Stellgieder, die unter anderem einen Pulsbreitenmodulator enthalten, der das Ausgangssignal eines stetigen Reglers in Impulse von dem Ausgangssignal proportionaler Länge umsetzt. Diese Impulse steuern über Nullspannungsschalter Triacs, die in den verschiedenen Phasen des Drehstroms angeordnet sind.
Der elektrische Durchlauferhitzer weist dabei vorteilhafterweise als Heizwiderstände Heizwendeln auf, die unisoliert in den Heizkanälen angeordnet sind, wobei vor- und nachgeschaltete Wasserwiderstandskanäle dafür sorgen, das Einlaß und Auslaß des elektrischen Durchlauferhitzers geerdet werden können.
Durch die DE-OS 28 37 934 ist es weiterhin bekannt, mehrere Gruppen von Heizwiderständen vorzusehen, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Reglers, also von der Auslauftemperatur, zusätzlich zu den Heizwiderständen mit stetig regelbarer Heizleistung zuschaltbar sind. Bei bekannten Geräten, die nach der DE-OS 28 37 934 ausgebildet sind, sind die Heizkanäle für die Heizwicklungen mit stetig regelbarer Heizleistung und die fest einschaltbaren Heizwiderstände in getrennten Kanalblöcken vorgesehen, die durch Verbindungsstücke strömungsmäßig miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Durchlauferhitzer der eingangs definierten Art konstruktiv zu vereinfachen.
Eine speziellere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Druchlauferhitzer der eingangs definierten Art so auszubilden, daß bei geringer Wasserströmung im Durchlaufweg eine entsprechend geringere Heizleistung fest eingeschaltet wird und zu Regelzwecken eine gegenüber dem Vollastbetrieb ebenfalls entsprechend verringerte Heizleistung zu- oder abschaltbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß (g) der Durchlaufweg wenigstens sechs geometrisch parallele, gerade Heizkanäle aufweist, die in einem gemeinsamen Kanal block gebildet sind, (h) die Heizwiderstände an den Enden der Heizkanäle jeweils mit ersten bzw. zweiten Heizwiderstandsenden aus dem -Kanalblock herausgeführt sind, (i) die ersten Heizwiderstandsenden direkt mit Klemmen der Schaltmittel verbunden sind, (j) die zweiten Heizwiderstandsenden der ersten Heizwiderstände miteinander verbunden sind und (k) die zweiten Heizwiderstandsenden der zweiten Heizwiderstände mit Klemmen der Schaltmittel über die elektronischen Stellglieder verbunden sind.
Ausgestaltungen der Erfindung, die auch der Lösung der vorerwähnten spezielleren Aufgabe dienen, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Durchlauferhitzers mit regelbarer Auslauftemperatur.
Fig. 2 zeigt die Schaltung der Heizwiderstände bei Vollastbetrieb, also bei großer Wasserströmung im Durchlaufweg, wenn alle Heizwiderstände wirksam sind.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Kanal blocks mit den darin angeordneten Heizkanälen.
Der elektrische Durchlauferhitzer enthält einen Durchlaufweg 10 von einem Kaltwassereinlaß 12 zu einem Warmwasserauslaß 14 mit einer Mehrzahl, nämlich sechs, von strömungsmäßig in Reihe geschalteten Heizkanälen 16, 18,20 und 22,24,26. Der Durchlauferhitzer enthält weiterhin auf Wasserströmung in dem Durchlaufweg 10 ansprechende, dreipolige, an drei Phasen eines Drehstroms anschließbare Schaltmittel 28. Auslaßseitig ist in dem Durchlaufweg 10 ein Temperaturfühler 30 angeordnet.
Erste Heizwiderstände 32,34 und 36 sind in den Heizkanälen 16,18 bzw. 20 angeordnet und durch die Schaltmittel 28 bei Erreichen einer vorgegebenen Wasserströmung einschaltbar. In den Heizkanälen 22,24 und 26 sind zweite Heizwiderstände 38,40 bzw. 42 angeordnet.
Ein Regler 44, der nach Art der DE-OS 28 37 934 ausgebildet sein kann, ist mit dem Temperaturfühler 30 verbunden. Durch den Regler sind die Heizwiderstände 38, 40 und 42 über elektrische Stellglieder mit Triacs 46 bzw. 48 bzw. 50 regelbar.
Wie auch aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist der Durchlaufweg sechs geometrisch parallele, gerade Heizkanäle 16,18, 20,22,24 und 26 auf, die in einem gemeinsamen Kanalblock 52 gebildet sind. Die Heizwiderstände 32,34,36,38, 40 und 42 sind als unisoliert in den Heizkanälen angeordnete Heizwendeln ausgebildet. Die Heizwiderstände sind an den Enden der Heizkanäle 16,18,20,22,24 und 26 mit ersten Heizwiderstandsenden 54,56,58 und 60,62,64 bzw. zweiten Heizwiderstandsenden 66,68,70 und 72,74,76 aus dem Kanalblock 52 herausgeführt. Die ersten Heizwiderstandsenden 54 bis 64 sind direkt mit Klemmen 78,80, 82 der Schaltmittel 28 verbunden. Die zweiten Hei zwi derstandsenden 66,68,70 der ersten Heizwiderstände 32,34,36 sind miteinander verbunden. Die zweiten Heizwiderstandsenden 72,74,76 sind mit Klemmen 80,82 der Schaltmittel 28 über die Triacs 46,48,50 der elektronischen Stellglieder verbunden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die ersten Heizwiderstandsenden 54,56,58 der ersten Heizwiderstände 32, 34,36 mit je einer Klemme 80 bzw. 82 bzw. 78 der dreipoligen Schaltmittel 28 verbunden. Da die zweiten Heizwiderstandsenden 66,68 und 70 der ersten Heizwiderstände 32,34,36 miteinander verbunden sind, sind die ersten Heizwiderstände 32,34 und 36 in einer Sternschaltung angeordnet, wenn an allen drei Klemmen 78,80 und 82 der Schaltmittel 28 jeweils eine Phase des Drehstroms anliegt.
Von den zweiten Heizwiderständen 38,40,42 sind das erste Heizwiderstandsende 64 eines Heizwiderstandes 42 mit einer ersten Klemme 78 der Schaltmittel 28 und die ersten Heizwiderstandsenden 60 und 62 der beiden anderen Heizwiderstände 38 und 40 mit einer zweiten Klemme 82 der Schaltmittel 28 verbunden. Weiterhin sind von den zweiten Heizwiderständen 38,40 und 42 die zweiten Heizwiderstandsenden 76 und 74 des besagten einen Heizwiderstandes 42 und eines der beiden anderen Heizwiderstände, nämlich des Heizwiderstandes 40, über je einen Triac 50 bzw. 48 der einen Teil des elektronischen Stellgliedes bildet, mit einer dritten Klemme 80 der Schaltmittel 28 verbunden. Das zweite Heizwiderstandsende 72 des Heizwiderstandes 38 ist ebenfalls über einen Triac 46 mit der besagten ersten Klemme 82 verbunden.
Die Schaltmittel 28 weisen strömungsabhängig gesteuerte Schaltkontakte 84 und 86 auf, die bei einer ersten, niedrigeren Wasserströmung im Durchlaufweg schließen.
Über die Schaltkontakte 84 und 86 sind die erste und dritte Klemme 82 bzw. 80 der Schaltmittel 28 mit je einer Phase des Drehstroms verbindbar. Die Schaltmittel 28 enthalten einen weiteren strömungsabhängig gesteuerten Schaltkontakt 88, der bei einer zweiten, höheren Wasserströmung im Durchlaufweg 10 schließt. Über den Schaltkontakt 88 ist die zweite Klemme 78 der Schaltmittel 28 mit der restlichen Phase des Drehstroms verbindbar.
Weiterhin ist ein dreipoliger, druckabhängig gesteuerter Schalter 90 vorgesehen, über welchen bei Wegfall des Wasserdrucks alle drei Phasen des Drehstroms abschaltbar sind. In Fig. 1 sind die Schaltkontakte 84 und 86 einerseits und der Schaltkontakt 88 andererseits von je einem auf die Wasserströmung ansprechenden Fühler 92 bzw. 94 gesteuert. In der Praxis bilden die FUhler 92 und 94 und die Schaltkontakte 84,86 und 88 eine Einheit. Durch eine von Differenzdruck im Durchlaufweg 10 beaufschlagte, vorbelastete Membran werden nacheinander erst die Schaltkontakte 84 und 86 und dann der Schaltkontakt 88 geschlossen.
Über eine Leitung 96 wird dem Regler 44 das Schließen des Schaltkontaktes 88 signalisiert.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Es wird in jedem Fall einmal eine feste Heizleistung über die ersten Heizwiderstände und gleichzeitig eine regelbare Heizleistung über die zweiten Heizwiderstände eingeschaltet. Je nach der Wasserströmung im Durchlaufweg 10 ergeben sich jedoch zwei Betriebsweisen: Bei geringem Wasserdurchfluß sind nur die SchAltkontakte 84 und 86 der Schaltmittel 28 geschlossen. In diesem Falle liegen die Heizwiderstände 32 und 34 in Reihe zwischen zwei Phasen des Drehstroms. Es ergibt sich dadurch eine relativ niedrige feste Heizleistung. Gleichzeitig wird in dem Heizkanal 26 durch den Heizwiderstand 42 eine regelbare Heizl-eistung erzeugt. Der Stromkreis verläuft dabei über den Schaltkontakt 84 zur Klemme 80 über eine Leitung 98 und den Triac 50 zu dem zweiten Heizwiderstandsende 76 des Heizwiderstands 42, weiter über den Heizwiderstand 42, das Heizwiderstandsende 64 und eine Leitung 100 zu der Klemme 82 u-nd dem Schaltkontakt 86 der Schaltmittel 28. Bei niedriger Wasserströmung erfolgt also eine Heizung mit einer niedrigen, festen Heizleistung über Heizwiderstände 32 und 34 und einer relativ niedrigen variablen Heizleistung über den Heizwiderstand 42. Die Stromkreise der Heizwiderstände 36,38 und 40 sind durch den Schaltkontakt 88 unterbrochen.
Wenn die Wasserströmung im Durchlaufweg 10 einen bestimmten, höheren Schwellwert überschreitet, schließt auch der Schaltkontakt 88. Jetzt wird eine Schaltung hergestellt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die drei ersten Heizwiderstände 32,34 und 36 sind dabei, wie schon erwähnt, in einer Sternschaltung angeordnet, während die Heizwiderstände 38,40,42 mit den jeweils in Reihe liegenden Triacs 46,48 und 50 eine Dreieckschaltung bilden. Bei einem Durchlauferhitzer von 18 kW Gesamtleistung kann beispielsweise die Grundleistung, die von den Heizwiderständen 32,34 und 36 abgegeben wird, 6 kW betragen, während die regelbare Leistung in Dreieckschaltung 12 kW beträgt.

Claims

Patentansprüche 1. Elektrischer Durchlauferhitzer mit regelbarer Auslauftemperatur, enthaltend (a) einen Durchlaufweg (10) mit einer Mehrzahl von strömungsmäßig in Reihe geschalteten Heizkanälen (16..26), (b) auf Wasserströmung in dem Durchlaufweg ansprechende, dreipolige, an drei Phasen eines Drehstroms anschließbare Schaltmittel (28), (c) einen auslaßseitig in dem Durchlaufweg (10) angeordneten Temperaturfühler (30), (d) erste Heizwiderstände (32,34,36), die in einigen dieser Heizkanäle (16,18,20) angeordnet und durch die Schaltmittel (28) bei Erreichen einer vorgegegebenen Wasserströmung einschaltbar sind, (e) zweite Heizwiderstände (38,40,42), die in anderen dieser Heizkanäle (22,24,26) angeordnet sind, und (f) einen Regler (44), der mit dem Temperaturfühler (30) verbunden ist und durch den die zweiten Heizwiderstände (38,40,42) über elektronische Stellglieder (46,48,50) zur Einhaltung eines Sollwerts regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß (g) der Druchlaufweg (10) wenigstens sechs geometrisch parallele, gerade Heizkanäle (16..26) aufweist, die in einem gemeinsamen Kanalblock (52) gebildet sind, (h) die Heizwiderstände (32..42) an den Enden der Heizkanäle (16..26) jeweils mit ersten bzw.

zweiten Heizwiderstandsenden (54..64 bzw. 66..76) aus dem Kanal block (52) herausgeführt sind, (i) die ersten Heizwiderstandsenden (54..64) direkt mit Klemmen (78,80,82) der Schaltmittel (28) verbunden sind, (j) die zweiten Heizwiderstandsenden (66,68,70) der ersten Heizwiderstände (32,34,36) miteinander verbunden sind und (k) die zweiten Heizwiderstandsenden (72,74,76) der zweiten Heizwiderstände (38,40,42) mit Klemmen (80,82) der Schaltmittel (28) über die elektronischen Stellglieder (46,48,50) verbunden sind.
2. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Heizwiderstandsenden (54,56,58) der ersten Heizwiderstände (32,34,36) mit je einer Klemme (80,82,78) der dreipoligen Schaltmittel (28) verbunden sind.
3. Elektrischer Druchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß (a) von den zweiten Heizwiderständen (38,40,42) das erste Heizwiderstandsende (64) eines Heizwiderstands (42) mit einer ersten Klemme (82) der Schaltmittel (28) und die ersten Heizwiderstandsenden (60,62) der beiden anderen Heizwiderstände (38,40) mit einer zweiten Klemme (78) der Schaltmittel (28) verbunden sind und (b) von den zweiten Heizwiderständen (38,40,42) die zweiten Heizwiderstandsenden (76,74) des besagten einen Heizwiderstands (42) und eines der beiden anderen Heizwiderstände (40) über je einen Triac (50,48), der einen Teil des elektronischen Stellgliedes bildet, mit einer dritten Klemme (80) der Schaltmittel (28) verbunden ist und das zweite Heizwiderstandsende (72) des letzten Heizwiderstandes (38) ebenfalls über einen Triac (46) mit der besagten ersten Klemme (82) der Schaltmittel (28) verbunden ist.
4. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (28) (a) strömungsabhängig gesteuerte Schaltkontakte (84, 86) aufweisen, die bei einer ersten, niedrigeren Wasserströmung im Durchlaufweg (10) schließen und über welche die erste und dritte Klemme (82,80) der Schaltmittel (28) mit je einer Phase des Drehstroms verbindbar sind, sowie (b) einen zweiten strömungsabhängig gesteuerten Schaltkontakt (88), der bei einer zweiten, höheren Wasserströmung im Durchlaufweg (10) schließt und über welchen die zweite Klemme (78) der Schaltmittel (28) mit der restlichen Phase des Drehstroms verbindbar ist.