DE3721050A1

DE3721050A1 - Durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE3721050A1
Application number: DE19873721050
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ortlinghaus
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1988-02-18
Also published as: AT391366B; ATA169186A; DE3721050C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Durchlauferhitzer mit einer mit elektrischem Strom oder Brennstoff beheizten Wärmequelle, einer Einrichtung zum Beeinflussen des Durchsatzes an zu erwärmendem Fluid sowie einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Temperatur dieses Fluids, die beide miteinander gekoppelt sind, so daß zum Aufrechterhalten der Soll-Auslauftemperatur bei bereits eingestellter maximaler Wärmeleistung der Durchsatz gedrosselt wird.

Ein solcher Durchlauferhitzer ist bekannt aus der DE-AS 22 50 439. Der Nachteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß über die Art der Kopplung im Stand der Technik nichts gesagt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, die Art der Kopplung weiter auszugestalten.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Anwendung auf einen gasbeheizten Durchlauferhitzer,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Durchlauferhitzers in Anwendung auf eine elektrische Beheizung und

Fig. 3 Diagramme.

Die Art der Anwendung in Verbindung mit den möglichen Ausgestaltungen der Kopplung sind frei variierbar und im übrigen auch auf andere noch nicht genannte Beheizungssysteme übertragbar, wie beispielsweise Beheizung durch Fernwärme oder Beheizung durch einen Ölbrenner oder Solarkollektoren.

Der Durchlauferhitzer 1 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 2 auf, innerhalb dessen ein von einem Gasbrenner 3 beheizter Wärmetauscher 4 untergebracht ist. Der Gasbrenner wird über eine mit einem Ventil 5 versehene Gaszuleitung 6 mit Gas beschickt, wobei das Ventil 5 von einem Regler 7 beherrscht ist. Der Wärmetauscher 4 ist von einer Wasserleitung 8 durchsetzt, deren Anfang 9 an ein speisendes Kaltwassernetz angeschlossen ist und an deren Ende 10 ein Zapfventil 11 angeschlossen ist. Stromab des Wärmetauschers 4 und vor dem Zapfventil 11 ist ein Temperaturfühler 12 vorgesehen, der über eine Meßleitung 13 mit dem Regler 7 verbunden ist. Als Sollwert-Geber für den Regler 7 dient ein Potentiometer 14, das über eine elektrische Zuleitung 15 mit dem Regler 7 verbunden ist.

Im Ausführungsbeispiel dient der Durchlauferhitzer dazu, Wasser für sanitäre Zwecke zu erwärmen, statt Wasser könnte auch ein anders Medium erwärmt werden, beispielsweise Öl für einen Ölbrenner. Der Öffnungsquerschnitt des Ventils 5 ist vom Regler 7 stetig verstellbar, zwischen einer Schließstellung und einer maximalen Öffnungsstellung, wobei die maximale Öffnungsstellung zur Nenn- oder Maximalleistung des Durchlauferhitzers 1 führt.

Im Zuge der Wasserleitung 8 ist stromab des Anfangs ein weiterer Temperaturfühler 16 angeordnet, mit dem die Wassereinlaßtemperatur erfaßt werden kann. Dieser Temperaturfühler ist ein hydraulischer Geber, der über ein Kapillarrohr 17 mit einem Ausdehnungsbalg 18 verbunden ist. Die Wasserleitung verzweigt sich stromab des Fühlers 16 in zwei Wege 19 und 20, wobei der Weg 20 durch einen Wasserschalter 21 führt. In diesem Wasserschalter ist eine Vorrichtung zur Durchsatzbegrenzung vorgesehen, so daß der maximale Wasserdurchsatz durch den Öffnungsquerschnitt eines Drosselgliedes im Wasserschalter bestimmt wird. Unterhalb dieses Maximaldurchsatzes liegende Wasserdurchsatz-Werte können durch den Öffnungsgrad des Zapfventils 11 bestimmt werden.

Die beiden Zweige 19 und 20 sind im Wasserschalter an zwei Kammern 22 und 23 angeschlossen, die beide durch einen Ventilsitz 24 verbunden sind. Dieser Ventilsitz wird von einem Ventilkörper 25 beherrscht, der mit einer Stellstange 26 verbunden ist. Eine Rückstellfeder 27 sorgt dafür, daß in der Ruhelage der Ventilkörper 25 aus dem Ventilsitz 24 herausgezogen wird, so daß also die beiden Zweige 19 und 20 miteinander in Verbindung stehen. Von der Kammer 22 geht die Leitung 8 ab und führt zum Wärmetauscher 4. Das Ende 28 der Stange 26 liegt an einem Hebelarm 29 eines zangenartigen Steuergliedes 30 an, das bei 31 fest im Gehäuse 2 gelagert ist, wobei die Stelle 31 gleichzeitig den Drehpunkt des Hebels 29 darstellt. Der Hebel 29 ist ein zweiarmiger Hebel, sein zweiter Arm 33 liegt an der einen Seite des Balgs 18 an. Der andere Hebel 32 liegt mit seinem einen Arm 34 an der dem Arm 33 abgewandten Seite des Balgs 18 an, sein anderer Arm 34 liegt am Ende 35 einer Temperaturwählerspindel 36 an, die von einer Handhabe 37 von außen verstellbar ist.

Die Temperaturwählerspindel hat an ihrem Umfang fest verbunden ein Zahnrad 39, das mit einem weiteren Zahnrad 40 kämmt, das auf der Achse 41 des Potentiometers 14 befestigt ist. Die Temperaturwählerspindel weist ein Außengewinde 42 auf, das mit einem Innengewinde im Gehäuse 2 korrespondiert. Die Wasserdurchfluß-Richtung durch den Durchflußerhitzer ist mittels des Pfeils 42 gekennzeichnet.

Der eben beschriebene Durchlauferhitzer hat folgende Funktion:

Er wird von einem Temperaturregler beherrscht, der aus dem Meßglied 12, dem Regler und dem Stellglied 5 besteht. Das nach Öffnen des Zapfventils 11 durch die Wasserleitung 8 fließende Wasser ist in seinem Durchsatz entweder durch den (kleineren) Öffnungsgrad des Zapfventils 11 begrenzt beziehungsweise wird durch den Wasserschalter 21 unterhalb einer dort einstellbaren Grenze gehalten. Dieser Grenze ist noch überlagert das Wasser, was durch die Leitung 19 und den vom Ventilkörper 25 beherrschten Wasserdurchsatz durch den Ventilsitz 24 hindurchkommt. Abhängig von dem Sollwert des Reglers 7, der über die Handhabe 37 und die Zahnräder 39 und 40 am Potentiometer 14 eingestellt wird, resultiert ein bestimmter Öffnungsgrad des Ventils 5, um den Sollwert zu erreichen beziehungsweise aufrechtzuerhalten.

Zwischen dem maximalen Durchsatz im Wasserweg und dem Temperaturregler ist nun eine Kopplung vorhanden. Diese Kopplung liegt in der Verstellung des Zusatzwasserwegs über den Ventilsitz 24. Dieser Zusatzwasserweg kann von der Handhabe 37 vorgegeben werden und ist abhängig von der Wassereinlauftemperatur, gefühlt durch den Temperaturfühler 16. Ein Sinken der Wassereinlaßtemperatur führt dazu, daß der Ausdehnungsgrad des Balges 18 verkleinert wird. Damit entfernen sich die Hebelarme 29 und 34 voneinander, wodurch der Ventilkörper 25 vermehrt in den Sitz 24 eingefahren wird. Damit wird der Bypass-Wasserweg durch die Strecke 19 angedrosselt.

Wird eine bestimmte Auslauftemperatur des aufzuheizenden Wassers am Sollwert-Geber 14 voreingestellt, so resultiert hiermit automatisch eine Einflußnahme auf den höchstmöglichen Wasserdurchsatz. Die Kopplung wird so vorgenommen, daß die Höhe der Auslauftemperatur Vorrang gegenüber dem Wasserdurchsatz hat. Reicht demgemäß die Maximalleistung des vom Regler freigegebenen Gasdurchsatzes nicht aus, die Auslauftemperatur zu halten, so wird automatisch, bedingt durch die Kopplung, über die Zahnräder 39 und 40 der Wasserdurchsatz beschränkt, da dann der Bypass-Wasserweg über den Zweig 19 vermindert wird.

Die Kopplung zwischen Temperaturregler und Wasserdurchsatz-Begrenzer ist so ausgestaltet, daß sie der Funktion

gehorcht, wobei δ _Soll die Auslauftemperatur in °C, Q _max der maximale Wasserdurchsatz in dm³ min^-1 und C eine Konstante bedeuten. Bevorzugt liegt die Konstante im Bereich von 100 . . . 500 dm³ °C min^-1.

Wesentlich ist für die Erfindung, daß in die Verkleinerung des Wasserdurchsatzes auch der Einfluß der Einlaßtemperatur eingeht, so daß auch eine Verminderung der Einlaßtemperatur zu einer Verminderung des maximal möglichen Wasserdurchsatzes führt. Der Kopplungsfaktor beziehungsweise die Größe der Konstante C sind definiert durch die Kennlinie des Potentiometers beziehungsweise beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 handelt es sich um einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, der demgemäß keinen Gasbrenner, sondern eine Mehrzahl von Blankdrahtwiderständen 50 aufweist, die in einem oder mehreren parallel und/oder in Serie liegenden Wasserkanälen eines Kunststoffkanalblocks untergebracht sind. Diese Kanäle liegen im Zuge der Wasserleitung 8. Einige oder alle der Blankdrahtwendeln 50 liegen an einem Ende unmittelbar an einem Außenleiter L 1 oder über einen Triac 51 an einem anderen Außenleiter L 2. Die Steuerelektrode 52 des Triacs ist vom Regler 7 als Stellausgang beherrscht. Wesentlich ist weiterhin im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, daß der Lagerpunkt 31 des zangenartigen Elements 30 nicht gehäusefest, sondern einstellbar ausgestaltet ist. Das Lager 31 ist als Stange ausgebildet und mit einer Zahnstange 53 verbunden, die gegenüber dem Gehäuse über Lagerblöcke 54 gleitend verschiebbar abgestützt ist. Die Zahnstange kann mittels des Zahnrades 55 verschoben werden. Dieses Zahnrad ist auf der Welle 36 befestigt, die mit der Handhabe 37 verdrehbar ist. Die Welle ist über ein Gewinde 42 im Gehäuse 2 verschiebbar gelagert. Es kann ein weiteres Zahnrad 39 vorhanden sein, das mit dem Zahnrad 40 korrespondiert, mit dem das Potentiometer 14, der Sollwert-Geber, verstellt wird.

Zur Wirkungsweise des Aufbaus des Durchlauferhitzers nach Fig. 2 wird auf die Diagramme der Fig. 3 verwiesen. Hier sind drei Kurvenzüge 60, 61 und 62 dargestellt, die das Verhalten des auf der Abszisse aufgetragenen Wasserdurchsatzes Q _W in dm³ min^-1 von der Auslauftemperatur in °C darstellt. Streng genommen ist eigentlich auf den Wassermassendurchsatz

abzustellen, da dieser mit der Dimension g×min^-1 und dem Durchsatz Q _w über die in sich temperaturvariable spezifische Wärme gekoppelt ist. Den drei Kurven liegt als Parameter die Wassereinlauftemperatur zugrunde, die bei der Kurve 60 15°C, bei der Kurve 61 10°C und bei der Kurve 62 5°C beträgt. Die Kurven stellen jeweils die Leistungshyperbel des Durchlauferhitzers beziehungsweise seiner Wärmequelle dar. Wird beispielsweise durch Öffnen des Zapfventils bei einer Wassereinlaßtemperatur von 5°C ein Durchsatz von 5 l/min vorgegeben, so resultiert eine Wasserauslauftemperatur von etwa 62°. Wird der Hahn bei konstantbleibender Einlauftemperatur weiter aufgedreht, so sinkt die Auslauftemperatur gemäß der Kurve 62.

Arbeitet der Durchlauferhitzer nun zum Beispiel auf der Kurve 62 und ist ihm eine nicht zu unterschreitende Auslauftemperatur von 40°C vorgegeben, so ist es aufgrund der konstanten maximalen Leitung von 21 kW nicht möglich, Durchsätze von mehr als 8½ l Wasser in der Minute aufzuheizen. Das Durchsatzstellglied 24/25 im Zweigweg 19 beginnt zu schließen und reduziert die Durchsätze auf den Durchsatz, der bei der vorgegebenen Maximalleistung noch auf die vorgegebene Wasser-Soll-Auslauftemperatur erhitzt werden kann. Es ist hierbei nicht notwendig, daß sich als neuer Arbeitspunkt ein solcher auf die Kurve 62 einstellt, auch der Bereich der Kurve 62 kann hierbei unterschritten werden. Es zeigt sich aber, daß die Korrektur des Durchsatzes um so kleiner wird, je geringer die Auslaufdurchsätze werden. So ist die Korrektur im Bereich zwischen 8 und 10 l/min wesentlicher größer als im Bereich zwischen 5½ und 6 l. Dennoch wird die gleiche Auslauftemperatur beibehalten. Aus diesem Grund ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 das Lager 31 der Zange verschiebbar ausgeführt, so daß die Spreizung der Zange immer mehr zur Auswirkung kommt, je höhere Durchsätze am Sollwert-Steller 37 eingestellt werden. Die Spreizung der Zange selbst wird durch die Einlauftemperatur bewirkt. Je höher der Temperatur-Soll-Wert ist, um so niedriger ist die Spreizung der Zangenarme, das heißt, um so mehr wird der Durchsatz am Wasser im Zweigweg 19 gedrosselt. Gleichfalls wird der Durchsatz im Zweigweg um so mehr gedrosselt, je höher der Durchsatz ist, der am Handrad 37 eingestellt ist.

Claims

1. Durchlauferhitzer mit einer mit elektrischem Strom oder Brennstoff beheizten Wärmequelle, einer Einrichtung zum Beeinflussen des Durchsatzes an zu erwärmendem Fluid sowie einer Einrichtung zum Steuern oder Regeln der Temperatur dieses Fluids, die beide miteinander gekoppelt sind, so daß zum Aufrechterhalten der Soll-Auslauftemperatur bei bereits eingestellter Maximalwärmeleistung der Durchsatz gedrosselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung folgender Beziehung gehorcht: wobei δ _Soll die Auslauftemperatur in °C, Q _max der maximale Fluiddurchsatz und C eine Konstante bedeuten.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante C wie folgt gewählt wird: 100 . . . 500 dm³ °C min^-1.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Beziehung zwischen Soll-Auslauftemperatur Soll und Maximal-Fluiddurchsatz Q _max die Einlauftemperatur δ _E gemäß folgender Beziehung einbezogen wird:

4. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Kopplung ein zangenartiges Glied (30) mit zwei doppelarmigen Hebeln (29/33) und (34/38) benutzt wird, von denen Hebelarme (33, 38) von einem Temperaturfühler (16) im Wassereinlaß (9) zugehörigen Weggeber (18) beaufschlagt sind, während die beiden anderen Hebelarme (29/34) des zangenartigen Gliedes (30) einmal mit dem Sollwert-Geber (37) und zum anderen mit einer Ventilstange (26) gekoppelt sind, mit der der Durchsatz an zu erhitzendem Fluid beeinflußt wird.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerpunkt (31) des zangenartigen Glieds (30) im Gleichlauf mit der Vorstellung des Sollwertes für die Auslauftemperatur verschiebbar ist.