DE3923392A1 - Elektrischer durchlauferhitzer mit einem kaltleiterheizkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit einem Heizkörper aus einem Kaltleitermaterial in einem ersten Wasserweg, an den ein Zapfventil angeschlossen ist.

Ein derartiger Durchlauferhitzer ist in dem DE-GM 19 60 779 beschrieben. Zur Vermeidung von Wärmespannungen an dem PTC-Heizkörper ist dieser in einem wasserdurchflossenen Rohr angeordnet. Der Heizkörper besteht aus mehreren Stäben oder Platten. Ein derartiger Heizkörperaufbau ist aufwendig.

Nach dem DE-GM 19 60 779 werden zum Überhitzungsschutz Kaltleiter mit Sprungcharakteristik verwendet. Sind die Sprungtemperaturen der Kaltleiter verschieden, dann wird eine stufenweise Widerstandserhöhung und damit eine stufenweise Leistungsverminderung im oberen Temperaturgrenzbereich erreicht.

Bei elektrischen Durchlauferhitzern ist es wünschenswert, eine einstellbare Solltemperatur auch dann zu erreichen, wenn am Zapfventil unterschiedliche Volumenströme und damit unterschiedliche Leistungen eingestellt sind. Dies ist mit dem Durchlauferhitzer nach dem DE-GM 19 60 779 nicht erreichbar, da der Wärmeübergang vom Inneren des Kaltleiters auf das Wasser von der Höhe der zu übertragenden Leistung abhängt. Bei sinkendem Volumenstrom und damit sinkendem Leistungsbedarf steigt die Temperatur des durchfließenden Wassers, obwohl eine entgegenwirkende Änderung des Widerstands des Heizkörpers eintritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Zapfmenge mittels des Zapfventils verstellbar ist, ohne daß sich durch ein Verstellen des Zapfventils wesentliche Abweichungen der Auslauftemperatur von einem Sollwert ergeben.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß dem ersten Wasserweg ein zweiter Wasserweg parallel liegt, daß an einer der beiden Verbindungsstellen der beiden Wasserwege ein von einem Temperaturfühler gesteuertes 3-Wegeventil angeordnet ist, daß der Temperaturfühler die Wassertemperatur am Auslauf des Durchlauferhitzers erfaßt, und daß der Temperaturfühler am 3-Wegeventil das Verhältnis der durch den ersten und den zweiten Wasserweg fließenden Volumenströme derart einstellt, daß sich bei unterschiedlichen, durch das Zapfventil strömenden Gesamtvolumenströmen eine im wesentlichen gleichbleibende Wasserauslauftemperatur ergibt.

Bei einer Erniedrigung des Gesamtvolumenstroms durch den Durchlauferhitzer mittels des Zapfventils erniedrigen sich zunächst die Volumenströme in den beiden Wasserwegen entsprechend. Die Verminderung des Volumenstroms im ersten Wasserweg hat zunächst eine Erhöhung der Wassertemperatur zur Folge, ohne daß sich dadurch die den Widerstand des Heizkörpers in dessen Inneren bestimmende Temperatur entsprechend ändert. Die Erhöhung der Wassertemperatur wird vom Temperaturfühler erfaßt, der dadurch das 3-Wegeventil so nachsteuert, daß sich der Volumenstrom im zweiten Wasserweg (Kaltwasser) erhöht und sich dementsprechend der Volumenstrom im ersten Wasserweg erniedrigt. Damit ist dem Anstieg der Temperatur in der Weise entgegengewirkt, daß die Solltemperatur aufrechterhalten bleibt. Durch diesen Effekt ist der Einfluß des bei unterschiedlichen Volumenströmen und erforderlichen Leistungen im ersten Wasserweg unterschiedlichen Wärmedurchgangs vom Kern des Heizkörpers auf seine Oberfläche und auf das Wasser ausgeglichen. Dieser unterschiedliche Wärmedurchgang beruht auf den unterschiedlichen Temperaturdifferenzen im Kaltleiter bei größeren und kleineren Volumenströmen bzw. bei größeren und kleineren Leistungen bzw. Wärmestromdichten. Außerdem stellt der Kaltleiter-Heizkörper aufgrund seines temperaturabhängigen Heizwiderstands bei geringeren Durchflüssen, d.h. bei steigender Wassertemperatur im ersten Wasserweg eine geringere Leistung ein. Bei höheren Durchflüssen, d.h. bei sinkender Wassertemperatur erhöht sich die Leistung des PTC.

Vorzugsweise ist der Heizkörper als Block ausgebildet. Dieser Aufbau ist baulich einfach. Die bei dem Block für die Temperaturregelung an sich ungünstigen Wärmeübergangseigenschaften werden durch die Erfindung ausgeglichen.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist zur Wahl einer Solltemperatur an das 3-Wegeventil ein Sollwertsteller angeschlossen, der ein entsprechendes Verhältnis zwischen den Volumenströmen im ersten und im zweiten Wasserweg einstellt. Ist eine höhere Solltemperatur gewählt, dann steht das 3-Wegeventil in einer Ausgangsstellung, in der ein größerer Volumenstrom durch den ersten Wasserweg und ein entsprechend kleinerer Wasserstrom durch den zweiten Wasserweg fließt, als bei einer niedriger eingestellten Solltemperatur. Durch die selbstregelnden Eigenschaften des PTC-Heizkörpers wird die Wassertemperatur im ersten Wasserweg und damit auch die Auslauftemperatur konstant gehalten. Am Heizkörper erfolgt eine stufenlose ohmsche Widerstands- bzw. Leistungsänderung. Am Netz treten keine Flickererscheinungen auf. Eine besondere elektronische Schaltung erübrigt sich.

Insgesamt ist also erreicht, daß sich sowohl bei unterschiedlichen Solltemperaturen als auch bei unterschiedlichen Durchflußmengen eine konstante, der Solltemperatur entsprechende Auslauftemperatur ergibt.

Bei größeren Heizleistungen kann im ersten Wasserweg zusätzlich ein Rohrheizkörper oder ein Blankdrahtheizkörper angeordnet sein. Dieser liefert eine ungeregelte Grundleistung. Die Regelung erfolgt in der oben beschriebenen Weise.

Ein Ausführungsbeispiel ergibt sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Durchlauferhitzer schematisch,

Fig. 2a den Temperaturverlauf am Heizkörper bei großem Volumenstrom bzw. großer Leistung,

Fig. 2b den Temperaturverlauf am Heizkörper bei kleinem Volumenstrom bzw. kleiner Leistung und

Fig. 3 ein Widerstands-Temperaturdiagramm des Heizkörpers.

Ein Durchlauferhitzer weist einen ersten Wasserweg 1 auf. In diesem ist ein PTC-Heizkörper 2 aus einem Kaltleitermaterial angeordnet. Dieses besteht beispielsweise aus einer dotierten Keramik. Der Heizkörper 2 weist die Gestalt eines Blockes auf. Er ist an das elektrische Netz 3 angeschlossen. Sein ohmscher Widerstand R steigt bei einer Erhöhung seiner Innentemperatur Ti längs eines Astes A seiner Kennlinie erheblich (vgl. Fig. 3).

Im Durchlauferhitzer ist dem ersten Wasserweg 1 ein zweiter Wasserweg 4 parallelgeschaltet. An der kaltwasserseitigen Verbindungsstelle der beiden Wasserwege 1, 4 ist ein 3-Wegeventil 5 angeordnet. An die auslaufseitige Verbindungsstelle 6 der beiden Wasserwege 1, 4 ist ein Zapfventil 7 angeschlossen. Das 3-Wegeventil 5 könnte auch an der Verbindungsstelle 6 vorgesehen sein. Es wäre dann allerdings eher einer Verkalkung ausgesetzt.

Durch das Zapfventil 7 ist ein durch eine Kaltwasserleitung 8 eintretender Gesamtvolumenstrom Vg auf die Wasserwege 1, 4 verteilbar, wobei im Wasserweg 1 ein Volumenstrom V1 und im Wasserweg 4 ein Volumenstrom V2 fließt. Die Größe des Gesamtvolumenstroms Vg wird durch das Zapfventil 7 eingestellt.

Das 3-Wegeventil 5 ist einerseits über einen Sollwertsteller 9 einstellbar. Andererseits ist es über einen Temperaturfühler 10 steuerbar, der zwischen der Verbindungsstelle 6 und dem Zapfventil 7 angeordnet ist.

In Fig. 2a ist der Temperaturverlauf T im Wasserweg 1 für einen vergleichsweise großen Volumenstrom V1 dargestellt. Dabei herrscht im Inneren des blockförmigen Heizkörpers 2 die Temperatur Ti. An der Oberfläche des Heizkörpers 2 herrscht die Temperatur Ta, wobei die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen Ti, Ta auf der Wärmeleitung des Heizkörpers 2 beruht. Bei der Oberflächentemperatur Ta stellt sich im Wasser-Volumenstrom V1 die Temperatur Tw ein. Die Differenz zwischen der Temperatur Ta und der Temperatur Tw beruht auf dem Wärmeübergang von der Oberfläche des Heizkörpers 2 auf das Wasser. Die Soll- Auslauftemperatur ist mit Ts bezeichnet.

In Fig. 2b ist der entsprechende Temperaturverlauf bei einem kleineren Volumenstrom V1 dargestellt. Es ist davon ausgegangen, daß die Temperaturen Ti gleich sind. Dies trifft zu, wenn sich der Volumenstrom V1 unmittelbar vorher geändert hat. Nach einer gewissen Fließzeit des größeren bzw. kleineren Volumenstroms wird sich die Temperatur Ti jedoch anpassen, da sich der Widerstand R des Heizkörpers 2 und damit seine Leistung entsprechend ändert (vgl. Fig. 3).

Bezogen auf die Temperatur Ti ergibt sich beim Betriebsfall nach Fig. 2a, d.h. bei größeren Volumenströmen bzw. größeren Leistungen, eine geringere Temperaturdifferenz zu der Wassertemperatur Tw als im Betriebsfall nach Fig. 2b. Im Betriebsfall nach Fig. 2b ergibt sich - bezogen auf die Temperatur Ti - eine größere Temperaturdifferenz zu der Wassertemperatur Tw.

Wird der Sollwertsteller 9 verstellt, dann ändert sich das Verhältnis zwischen den Volumenströmen V1, V2, so daß am Zapfventil 7 eine entsprechend höhere oder niedrigere Temperatur Ts entsteht. Bei obigem ist zunächst davon ausgegangen, daß mit dem Zapfventil 7 eine bestimmte Durchflußmenge unverändert eingestellt ist.

Wird nun das Zapfventil 7 auf eine kleinere Durchflußmenge eingestellt, dann ändert sich zunächst am Aufteilungsverhältnis der Volumenströme V1, V2 nichts. Die Temperatur Tw im verkleinerten Volumenstrom V1 steigt an (vgl. Fig. 2b). Dadurch steigt auch die Temperatur am Temperaturfühler 10, so daß dieser nun das 3-Wegeventil 5 so verstellt, daß sich der Volumenstrom V1 vergrößert (vgl. Fig. 2a). Entsprechend verkleinert sich der Volumenstrom V2. Es ist dann auch für diese verringerte Durchflußmenge die Solltemperatur Ts erreicht. Entsprechendes gilt für den umgekehrten Fall der Vergrößerung des Gesamtvolumenstroms mittels des Zapfventils 7.

Claims (5)

1. Elektrischer Durchlauferhitzer mit einem Heizkörper aus einem Kaltleitermaterial in einem ersten Wasserweg, an den ein Zapfventil angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Wasserweg (1) ein zweiter Wasserweg (4) parallel liegt, daß an einer der beiden Verbindungsstellen der beiden Wasserwege (1, 4) ein von einem Temperaturfühler (10) gesteuertes 3-Wegeventil (5) angeordnet ist, daß der Temperaturfühler (10) die Wassertemperatur am Auslauf des Durchlauferhitzers erfaßt, und daß der Temperaturfühler (10) am 3-Wegeventil (5) das Verhältnis der durch den ersten und den zweiten Wasserweg (1, 4) fließenden Volumenströme (V1, V2) derart einstellt, daß sich bei unterschiedlichen, durch das Zapfventil (7) strömenden Gesamtvolumenströmen eine im wesentlichen gleichbleibende Wasserauslauftemperatur ergibt.

2. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (2) als Block ausgebildet ist.

3. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wahl einer Solltemperatur an das 3-Wegeventil (5) ein Sollwertsteller (9) angeschlossen ist, der ein entsprechendes Verhältnis zwischen den Volumenströmen (V1, V2) in dem ersten und in dem zweiten Wasserweg (1, 4) einstellt.

4. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Wegeventil (5) an der kaltwasserseitigen Verbindungsstelle der beiden Wasserwege (1, 4) angeordnet ist.

5. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Wasserweg (1) zusätzlich ein Rohrheizkörper oder ein Blankdrahtheizkörper angeordnet ist.