DE3906603C2 - Elektrischer Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer, der zum Schalten seiner elektrischen Heizkörper elektronische Schaltelemente, insbesondere Triacs, aufweist, welche von einer Steuerschaltung in Abhängigkeit vom Warmwasserbedarf geschaltet sind und zu ihrer Kühlung thermisch an die Kaltwasserleitung angekoppelt sind.

Ein derartiger Durchlauferhitzer ist in der DE 24 00 478 A1 beschrieben. Die Triacs, die die Heizkörper schalten, werden vom zufließenden Kaltwasser gekühlt. Es ist unterstellt, daß die Temperatur des Kaltwassers immer zum hinreichenden Kühlen der Triacs ausreicht und/oder diese so bemessen sind, daß alle auftretenden Kaltwassertemperaturen zu einer genügenden Kühlung führen.

In der DE 36 29 662 A1 ist eine Steuerschaltung eines elektrischen Durchlauferhitzers beschrieben, durch die ein verzögertes Einschalten der Heizkörper bei Luftblasen im Wasserstrang auf Gefahrenfälle beschränkt sein soll. Es ist hierfür an einen die Heizkörper steuernden Mikroprozessor ein die elektrische Betriebsspannung des Durchlauferhitzers überwachender Sensor angeschlossen. Eine Kühlung der die Heizkörper steuernden, nicht nächer beschriebenenen Schaltelemente (Triacs) ist nicht erwähnt.

Ein elektrischer Durchlauferhitzer, der zum Schalten seiner elektrischen Heizkörper elektronische Schaltelemente, insbesondere Triacs, aufweist, welche von einer Steuerschaltung in Abhängigkeit vom Warmwasserbedarf geschaltet sind, ist beispielsweise auch in der DE-OS 38 05 441 beschrieben. Die Heizkörper liegen über elektronische Schaltelemente, meist Triacs, an den drei Phasen des Wechselstromnetzes. Die elektronischen Schaltelemente takten die elektrischen Heizkörper in der Weise, daß die eingestellte, durchfließende Wassermenge am Auslauf des Durchlauferhitzers die gewünschte Solltemperatur erreicht. An den elektronischen Schaltelementen entsteht dabei eine Verlustleistung, die zur Erwärmung der elektronischen Schaltelemente führt. Um zu vermeiden, daß durch die Verlustleistung die Schaltelemente gestört oder zerstört werden, müssen diese gekühlt werden. Üblicherweise werden die elektronischen Schaltelemente hierfür an Kühlkörpern angeordnet. Stehen die Kühlkörper in einem Wärmeaustausch zur Umgebungsluft, dann müssen die Kühlkörper sehr groß sein, um in jedem Betriebsfall eine hinreichende Kühlung der elektronischen Schaltelemente zu gewährleisten.

Das dem Durchlauferhitzer zufließende Kaltwasser zur Kühlung der Schaltelemente zu verwenden, ist problematisch, da das Kaltwasser je nach der Installation so hohe Temperaturen aufweisen kann, daß eine hinreichende Kühlung der elektronischen Schaltelemente - zumindest vorübergehend - nicht mehr gewährleistet ist. Eine unzureichende Kühlung der elektronischen Schaltelemente kann dazu führen, daß diese zerstört werden. Es hat sich bei verschiedenen Hausinstallationen gezeigt, daß die Kaltwassertemperatur Werte über 25°C annehmen kann, wenn die Kaltwasserleitung in einem Leitungsschacht verlegt ist, in dem auch Heizungsrohre verlaufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art so auszulegen, daß die vom Kaltwasser gekühlten Schaltelemente auch dann nicht durch Überhitzung gestört oder zerstört werden, wenn die Kaltwassertemperatur vergleichsweise hoch ist und vorübergehend beispielsweise über 25°C liegt.

Beim Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art ist obige Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Temperaturfühler die Isttemperatur der Kaltwasserleitung oder des Kaltwassers erfaßt, und daß die Steuerschaltung die Schaltelemente unabhängig vom Warmwasserbedarf dann abschaltet, wenn die Isttemperatur der Kaltwasserleitung oder des Kaltwassers eine vorbestimmte Zeit nach einem Einschalten des Durchlauferhitzers über einem für die Kühlung der Schaltelemente unzureichenden Grenzwert bleibt.

Dadurch ist erreicht, daß die Schaltelemente dann, wenn die Isttemperatur der Kaltwasserleitung bzw. des Kaltwassers dauerhaft über dem für die Kühlung der Schaltelemente unzureichenden Grenzwert bleibt, zwangsweise abgeschaltet werden. Dadurch tritt an den Schaltelementen keine weitere Erwärmung auf. Allerdings bleiben auch die Heizkörper abgeschaltet. Die Schaltelemente sind dadurch gegen eine sie zerstörende Überhitzung geschützt.

Günstig ist auch, daß - wie üblich - nach dem Zapfbeginn die Heizkörper gleich einschalten, also nach dem Zapfbeginn keine Meßzeit besteht, in der bei abgeschalteten Heizkörpern erst von der Steuerschaltung entschieden werden muß, ob ein Einschalten der Heizkörper erfolgen kann oder verhindert werden muß. Eine in jedem Fall das Einschalten der Heizkörper nach dem Zapfbeginn während einer Meßzeit verhindernde Einrichtung wäre nachteilig, da im Regelfall die Kaltwassertemperatur zur Kühlung ausreicht.

Vorteilhaft bei der Erfindung ist auch, daß das Einschalten der Heizkörper bzw. der Schaltelemente nicht schon dann verhindert ist, wenn vor dem Zapfbeginn die Kaltwasserleitung oder das in der Kaltwasserleitung stehende Kaltwasser die Grenztemperatur übersteigt, denn eine solche Lösung würde das Einschalten der Heizkörper in vielen Fällen verhindern, in denen dies nicht nötig ist, weil das nachfließende Kaltwasser zur Kühlung der Schaltelemente hinreicht.

Durch die Erfindung ist auch erreicht, daß sich formgestalterisch aufwendige und räumlich große Kühlkörper für die Schaltelemente erübrigen.

Die vorbestimmte Zeit zwischen dem Zapfbeginn und dem etwaigen Abschalten der Schaltelemente ist so bemessen, daß die Schaltelemente bei ihrem entsprechend dem Wärmebedarf getakteten Betrieb durch Überhitzung nicht zerstört werden, wobei davon ausgegangen ist, daß die Schaltelemente bei Zapfbeginn durch Verlustleistung noch nicht erwärmt sind, und die Schaltelemente im ungünstigsten Fall bei Ablauf der Verzögerungszeit noch nicht die zulässige Übertemperatur überschritten haben. Die vorbestimmte Zeit beträgt beispielsweise etwa 1-3 min.

In Ausgestaltung der Erfindung schaltet die Steuerschaltung die Schaltelemente unabhängig vom Warmwasserbedarf auch dann ab, wenn nach Ablauf der vorbestimmten Zeit die Isttemperatur der Kaltwasserleitung oder des Kaltwassers den vorgewählten Grenzwert übersteigt. Dadurch ist sichergestellt, daß auch dann, wenn aus irgendwelchen Gründen während des regulären Betriebs des Durchlauferhitzers die Kaltwassertemperatur auf für die Kühlung unzureichende Werte steigt, die Schaltelemente gegen eine Störung bzw. Zerstörung geschützt sind.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerschaltung eine Verzögerungsschaltung auf, die die elektronischen Schaltelemente nach einem infolge eines Überschreitens des Grenzwertes erfolgten Abschalten für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet hält und die Schaltelemente erst nach der Zeitdauer zum Wiedereinschalten freigibt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Schaltelemente nach einem auf einer für die Kühlung unzureichenden Temperatur beruhenden Abschalten nicht sofort wieder eingeschaltet werden, sondern vorher abkühlen, indem sie nicht getaktet werden, also an ihnen während der bestimmten Zeitdauer keine Verlustleistung auftritt. Diese bestimmte Zeitdauer beträgt etwa 2-5 min. Sie ist jedenfalls länger, als die genannte vorbestimmte Zeit von beispielsweise 1-3 min.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung. Die Figur zeigt einen Durchlauferhitzer schematisch.

Ein Durchlauferhitzer weist in einem Wasserbehälter (1) einen Wasserweg (2) auf, an dem eingangsseitig eine Kaltwasserleitung (3) und ausgangsseitig eine Warmwasser- Zapfleitung (4) mit einem Zapfventil (5) liegt. In dem Wasserweg (2) sind elektrische Heizkörper (6) angeordnet. Diese sind über Triacs (7) mit den Polen (L1, L2, L3) eines Drehstromnetzes verbunden (vgl. Figur). Die Triacs (7) sind von einer elektronischen Steuerschaltung (8) geschaltet.

Die Steuerschaltung (8) erfaßt die durch Öffnen des Zapfventils (5) durchfließende Wassermenge mittels eines Durchflußmessers (9), die an einem Stellglied (10) eingestellte Solltemperatur und mittels eines Temperaturfühlers (11) die Warmwasser-Isttemperatur in der Warmwasser-Zapfleitung (4). Die Steuerschaltung (8) taktet die Triacs (7) so, daß diese die Heizkörper (6) in der Weise schalten, daß unter Berücksichtigung des am Stellglied (10) eingestellten Temperatursollwerts und der Wasserdurchflußmenge die Solltemperatur erreicht wird.

An die Steuerschaltung (8) ist ein weiterer Temperaturfühler (12) angeschlossen, der in der Kaltwasserleitung (3) liegt. Er kann direkt im Kaltwasser liegen oder an die Kaltwasserleitung (3) thermisch angekoppelt sein.

Die Triacs (7) sind mit ihren Gehäusen (13) an einem Metallblock (14) befestigt und stehen mit diesem in gut wärmeleitender Verbindung. Der Metallblock (14) ist mit der Kaltwasserleitung (3) gut wärmeleitend verbunden. Damit sind die Gehäuse (13) an die Kaltwasserleitung (3) thermisch angekoppelt.

Der Temperaturfühler (12) liegt an einem Zeitschaltungsteil (15) der Steuerschaltung (8). Dieses ist so ausgelegt, daß dann, wenn die Temperatur des Temperaturfühlers (12) nach einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise 1-3 min, nach dem Öffnen des Zapfventils (5) einen Grenzwert von beispielsweise 25°C nicht unterschreitet, die Triacs (7) von der Steuerschaltung (8) zwangsweise gesperrt werden. Die Steuerschaltung (8) kann zusätzlich auch so ausgelegt sein, daß sie die Triacs (7) auch dann sperrt, wenn nach der vorbestimmten Zeit von beispielsweise 1-3 min die Kaltwassertemperatur am Temperaturfühler (12) den Grenzwert von beispielsweise 25°C übersteigt.

Außerdem ist die Steuerschaltung (8) mit einer Verzögerungsschaltung (16) versehen. Diese bewirkt, daß die Triacs (7) dann für eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise 2-5 min, gesperrt bleiben, wenn sie zuvor von der Steuerschaltung (8) über deren Zeitschaltungsteil (15) wegen einer über dem Grenzwert liegenden Temperatur am Temperaturfühler (12) abgeschaltet wurden.

Die Funktionsweise des beschriebenen Durchlauferhitzers ist etwa folgende:

Beim Öffnen des Zapfventils (12) stellt sich ein entsprechender Wasserdurchfluß durch den Wasserbehälter (1) ein. Dementsprechend werden über die Triacs (7) die Heizkörper (6) getaktet. Ist spätestens beim Ablauf der vorbestimmten Zeit von beispielsweise 1-3 min der zur Kühlung der Triacs (7) geeignete Grenzwert, beispielsweise 25°C, der Temperatur des Kaltwassers erreicht oder unterschritten, dann werden die Triacs (7) über die Steuerschaltung (8) in üblicher Weise zum Erreichen der Solltemperatur weitergetaktet.

Ist jedoch nach der vorbestimmten Zeit dieser Grenzwert nicht unterschritten, dann werden die Triacs (7) gesperrt. Es besteht damit keine Gefahr mehr, daß die Triacs (7) über die Kaltwasserleitung (3) und den Metallblock (14) wegen der vergleichsweise hohen Temperatur des Kaltwassers in der Kaltwasserleitung (3) nicht mehr hinreichend gekühlt werden. Damit sind auch die Heizkörper (6) abgeschaltet. Der Benutzer wird das Zapfventil (5) schließen, da ihm das gewünschte Warmwasser nicht mehr geliefert wird.

Die Verzögerungsschaltung (16) stellt sicher, daß dann, wenn der Benutzer anschließend sofort wieder das Zapfventil (5) öffnet, die Triacs (7) abgeschaltet bleiben, bis sie sich aufgrund der an ihnen nicht mehr anfallenden Verlustleistung über eine bestimmte Zeitdauer hinreichend abgekühlt haben. Diese Zeitdauer beträgt beispielsweise 2-5 min. Bei einer danach erfolgenden Zapfung kann sich die beschriebene Betriebsweise wiederholen.

Für den Benutzer wird das beschriebene zwangsweise Abschalten zwar momentan störend sein, es ist durch diese Betriebsweise jedoch gewährleistet, daß in den Sonderfällen, in denen eine zu hohe Kaltwassertemperatur vorliegt, durch das Zapfen von Warmwasser die Triacs (7) nicht zerstört werden.

Claims (6)

1. Elektrischer Durchlauferhitzer, der zum Schalten seiner elektrischen Heizkörper elektronische Schaltelemente, insbesondere Triacs, aufweist, welche von einer Steuerschaltung in Abhängigkeit vom Warmwasserbedarf geschaltet sind und zu ihrer Kühlung thermisch an die Kaltwasserleitung angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (12) die Isttemperatur der Kaltwasserleitung oder des Kaltwassers erfaßt und die Steurschaltung (8) die Schaltelemente (7) unabhängig vom Warmwasserbedarf dann abschaltet, wenn die Isttemperetur der Kaltwasserleitung (3) oder des Kaltwassers eine vorbestimmte Zeit nach dem Einschalten des Durchlauferhitzers über einem für die Kühlung der Schaltelemente (7) unzureichenden Grenzwert bleibt oder während des Zapfbetriebes über den Grenzwert ansteigt.

2. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (8) eine Verzögerungsschaltung (16) aufweist, die die elektronischen Schaltelemente (7) nach einem infolge einer Überschreitung des Grenzwerts erfolgten Abschalten für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet hält, und die Schaltelemente (7) erst nach dieser Zeitdauer zum Wiedereinschalten freigibt.

3. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeit etwa 1-3 min beträgt.

4. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Zeitdauer länger ist als die vorbestimmte Zeit.

5. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Zeitdauer etwa 2-5 min beträgt.

6. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert bei 20-25°C liegt.