DE4315468C1 - Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Durchlauferhitzers - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines
elektrischen Durchlauferhitzers mit einer Steuerelektro
nik, die über eine elektronische Schalter, beispielsweise
Triacs, aufweisende Leistungsschaltung Heizkörper
steuert, und mit einer elektromechanischen Schalteinrich
tung.
Aus der DE 40 22 759 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb
eines elektrischen Durchlauferhitzers bekannt. Eine
Steuerelektronik steuert über elektronische Schalter Heiz
körper. Zum Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung
ist eine elektromechanische Schalteinrichtung vorgesehen.
Diese ist geöffnet, solange kein Wasser gezapft wird. Sie
schließt erst, wenn Wasser gezapft wird. Die elektroni
schen Schalter werden erst eine begrenzte Zeitspanne nach
der elektromechanischen Schalteinrichtung eingeschaltet.
Ein zeitversetztes Ein- und Ausschalten der elektromecha
nischen Schalteinrichtung und der elektronischen Schalter
ist nicht beschrieben.
Bei der DE 35 40 830 A1 werden die Schaltkontakte der
elektromechanischen Schalteinrichtung direkt von einem
Wasserdurchflußmesser über einen Membranschalter
betätigt, der an einen Differenzdruckmesser angeschlossen
ist. Die Schaltkontakte der DE 35 40 830 A1 müssen so aus
gelegt sein, daß sie die hohe Leistung des Durchlaufer
hitzers, beispielsweise bis zu 27 kW, schalten können.
Die elektromechanische Schalteinrichtung wird dadurch auf
wendig. Nachteilig ist auch, daß der für das Schalten
nötige Differenzdruck im Wasserlauf zu einem Druckverlust
im Durchlauferhitzer führt. Außerdem sind Schaltgeräusche
bei einer so ausgelegten Schalteinrichtung kaum zu ver
meiden.
In der DE 41 42 838 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung
für einen Durchlauferhitzer beschrieben. Es sind ein
Leistungsschalter mit Triacs und ein elektromechanischer,
allpolig wirkender Sicherheitsschalter vorgesehen. Außer
dem weist der Durchlauferhitzer eine Spannungsüberwachung
auf.
In der DE 41 03 373 A1 ist ein Durchlauferhitzer
beschrieben, bei dem die elektronischen Schalter der
Leistungsschaltung von einer Steuerelektronik gesteuert
werden. Um Schäden eines oder mehrerer der elektronischen
Schalter (Triacs) festzustellen, ist eine Überwachungs
schaltung vorgesehen. Ist einer der elektronischen
Schalter geschädigt, dann wird über eine elektromecha
nische Schalteinrichtung der Durchlauferhitzer allpolig
vom elektrischen Netz getrennt, so daß er danach nicht
mehr einschalten kann. Die Schaltkontakte der elektroni
schen Schalteinrichtung werden bei einem Defekt eines der
Triacs geöffnet. Ansonsten sind sie geschlossen. Dies hat
zur Folge, daß die elektronischen Schalter im wesent
lichen dauernd der Netzspannung ausgesetzt sind, solange
keiner der elektronischen Schalter gestört ist. Da die
Betriebsdauer eines Durchlauferhitzers während seiner
Lebensdauer vergleichsweise kurz im Vergleich zu seiner
Betriebs-Bereitschaftsdauer ist, sind die elektronischen
Schalter an sich länger der Netzspannung ausgesetzt, als
dies für den Durchlauferhitzerbetrieb notwendig ist. Dies
bedeutet, daß die elektronischen Schalter durch Störung
der Netzspannung auch dann gefährdet sind, wenn der
Durchlauferhitzer kein Heißwasser erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, wobei das durch die Steuer
elektronik erfolgende Schalten der Leistungsschaltung vom
Schalten der elektromechanischen Schalteinrichtung
gezielt zeitlich entkoppelt ist.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch ist erreicht, daß bei Beendigung und/oder Beginn
des Wasserzapfens (Zapfbetrieb) die Schaltkontakte der
elektromechanischen Schalteinrichtung stromlos sind, weil
die elektronischen Schalter der Leistungsschaltung nicht
mehr bzw. noch nicht stromführend sind. Die Schaltkontakte
der elektromechanischen Schalteinrichtung müssen also nicht
den möglicherweise hohen, die Heizkörper durchfließenden
Strom schalten. Dies erlaubt es, die elektromechanische
Schalteinrichtung einfach aufzubauen. Sie können integrale
Bestandteile einer Schaltungsplatine sein, wie dies in der
DE 37 39 712 A1 beschrieben ist. Es kommt dann auch nicht
auf ein schlagartiges Schalten der Schaltkontakte der
elektromechanischen Schalteinrichtung an. Die
Schalteinrichtung kann deshalb zum Schalten der
Schaltkontakte auch z. B. einen Schaltnocken aufweisenden,
drehenden Kleinmotor oder eine vergleichsweise schwache
Spule aufweisen. Es ist somit nicht notwendig, einen
Differenzdruckschalter zu verwenden, der zu einem
beträchtlichen Druckverlust im Wasserstrom führt. Damit
verbunden sind auch höchstens geringe Schaltgeräusche.
Dadurch, daß die Schaltkontakte der elektromechanischen
Schalteinrichtung geöffnet sind, während der
Durchlauferhitzer nicht im Betrieb, sondern nur
betriebsbereit ist, ist erreicht, daß die elektronischen
Schalter, beispielsweise Triacs, während der
Betriebsbereitschaftszeit im wesentlichen nicht an der
Netzspannung liegen. Dies hat den Vorteil, daß während der
Betriebsbereitschaftsdauer - also während der längsten Zeit
der Lebensdauer des Durchlauferhitzers - auftretende
Netzspannungsstörungen die elektronischen Schalter nicht
schädigen können.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden in der
Pause bei Beendigung und/oder beim Beginn des Zapfbetriebs
durch eine Fehlerüberwachungsschaltung die elektronischen
Schalter der Leistungsschaltung geprüft, wobei beim
Vorliegen eines Fehlers die elektromechanische
Schalteinrichtung sofort geöffnet wird. Eine derartige
Fehlerüberwachungsschaltung ist in der DE 41 03 373 A1
beschrieben. Die Fehlerüberwachungsschaltung wertet einen
an einem der elektronischen Schalter bei Defekt bestehenden
Kurzschluß aus. In Ausgestaltung der Erfindung wird ein
bestehender Fehler am Durchlauferhitzer optisch und/oder
akustisch angezeigt, so daß für den Benutzer die
Möglichkeit besteht, eine Reparatur zu veranlassen.
Vorzugsweise ist die Fehlerüberwachungsschaltung wenigstens
bei Beendigung des Zapfbetriebs aktiv, so daß gleich nach
Beendigung jedes Zapfbetriebs ein etwaiger Defekt an einem
der elektronischen Schalter angezeigt wird, und diese
Anzeige nicht erst beim Beginn eines nachfolgenden
Zapfbetriebs erfolgt.
Die Dauer der Pause bzw. der Pausen wird vorzugsweise von
der Steuerelektronik bestimmt. Bevorzugt wird die
elektromechanische Schalteinrichtung von der
Steuerelektronik gesteuert.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Pausendauer lang
genug, um auch schleichend schaltende Schaltkontakte der
elektromechanischen Schalteinrichtung zu betätigen.
Vorzugsweise sind die Pausen kurz genug, um den Benutzer
hinsichtlich der Warmwasserbereitstellung nicht zu stören.
Die Pausendauer wird in der Praxis unter 1 s liegen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Blockschaltbild eines Durchlauferhitzers,
Fig. 2 Zustandsdiagramm des Durchlauferhitzers und
Fig. 3 Zeitdiagramme.
Bei einem elektrischen Durchlauferhitzer sind in einem
Wasserraum 1 elektrische Heizkörper 2 angeordnet. Der
Wasserraum 1 ist mit einem Zapfventil 3 verbunden. Es ist
eine Einrichtung 4 zur Erfassung des Zapfbetriebs
vorgesehen. Diese ist beispielsweise ein in der
Wasserleitung 5 liegendes Flügelrad oder ein
Differenzdruckmesser. Es kann jedoch auch irgendeine andere
Einrichtung vorgesehen sein, die erfaßt, ob das Zapfventil
3 geöffnet oder geschlossen ist. Die Einrichtung 4 braucht
lediglich ein Signal über das Vorliegen oder Nichtvorliegen
eines Zapfvorgangs abzugeben. Sie muß nicht unbedingt
irgendwelche elektromechanische Elemente betätigen. Die
Einrichtung 4 kann dementsprechend so ausgelegt werden, daß
sie zu keinem oder nur zu einem kleinen Druckverlust in der
Wasserströmung führt.
Die Heizkörper 2 werden von elektronischen Schaltern,
beispielsweise Triacs, geschaltet, die Bestandteil einer
Leistungsschaltung 6 sind. Die elektronischen Schalter der
Leistungsschaltung 6 werden von einer Steuerelektronik 7
gesteuert. Diese enthält u. a. vorzugsweise einen
Mikrocontroller bzw. einen Mikrocomputer oder einen
Mikroprozessor mit zugeordnetem Festspeicher.
Die Steuerelektronik 7 liegt zur Spannungsversorgung über
ein transformatorisches Gleichrichternetzteil 8 ständig an
der Netzspannung mit den Phasen L1, L2, L3. Die
Steuerelektronik 7 liegt also unabhängig von den weiter
unten beschriebenen Schaltzuständen ständig am Netz.
Die Steuerelektroden der elektronischen Schalter der
Leistungsschaltung 6 sind über Verbindungsleitungen 9 an
die Steuerelektronik 7 angeschlossen. Die Schaltstrecken
der elektronischen Schalter der Leistungsschaltung 6 liegen
einerseits an den Heizkörpern 2 und andererseits über
Leitungen 10 über eine Fehlerüberwachungsschaltung 11 oder
direkt an einer elektromechanischen Schalteinrichtung 12.
Die elektromechanische Schalteinrichtung 12 weist in den
drei Phasen L1, L2, L3 jeweils einen elektromechanischen
Schaltkontakt 13 auf. Die Schaltkontakte 13 werden über ein
Betätigungselement 14 der Schalteinrichtung 12 geschaltet.
Das Betätigungselement 14 ist beispielsweise eine
Relaisspule oder ein nockenantreibender Motor. Das
Betätigungselement 14 wird von der Steuerelektronik 7
gesteuert. Die Schaltkontakte 13 können, weil sie nicht
schalten, während ein der Beheizung dienender Strom über
die Leistungsschaltung 6 fließt, einfach ausgelegt sein und
beispielsweise in eine Leiterplatte integriert sein, die
auch sonstige Schaltungsteile enthält. Es ist jedenfalls
nicht nötig, die elektromechanische Schalteinrichtung als
die Last des Durchlauferhitzers schaltendes Schaltschütz
aufzubauen.
Die Fehlerüberwachungsschaltung 11 erfaßt, wie dies in der
DE 41 03 373 A1 beschrieben ist, etwaige Störungszustände
eines oder mehrerer der elektronischen Schalter der
Leistungsschaltung 6 und gibt bei einem Fehler in einem der
elektronischen Schalter über eine Leitung E ein
Fehlersignal an die Steuerelektronik 7. Als Eingangsgröße
ist an die Steuerelektronik 7 über eine Leitung die
Einrichtung 4 angeschlossen, so daß die Steuerelektronik 7
erfaßt, ob Wasser gezapft oder nicht gezapft wird. Außerdem
kann an die Steuerelektronik 7 über einen Eingang Ts ein
Temperatursollwert für Warmwasser, über den Eingang Tww
eine Warmwasser-Isttemperatur und über den Eingang Tkw ein
Kaltwasser-Istwert angelegt sein.
An die Steuerelektronik 7 ist eine Anzeigeeinrichtung 15
angeschlossen, welche bei einem Fehler, z. B. Kurzschluß,
eines der elektronischen Schalter der Leistungsschaltung 6
ein optisches und/oder akustisches Signal ständig abgibt
und gegebenenfalls auch ein in einem Fehlercodespeicher 16
der Steuerelektronik 7 gespeichertes Fehlersignal im
Kundendienstfall ausgeben kann.
Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung läßt sich
anhand des Zustandsdiagramms nach Fig. 2 folgendermaßen
beschreiben:
Im Zustand Z1 der Betriebsbereitschaft sind die
Schaltkontakte 13 geöffnet. Die Heizkörper 2 heizen nicht
(P = 0). Die Steuerelektronik 7 bzw. der Mikrocontroller
befindet sich in einem stromsparenden Betriebszustand, z. B.
WAIT.
Wird dann das Zapfventil 3 geöffnet, erhält die
Steuerelektronik 7 über eine Leitung ein Signal , das
größer ist als ein Einschaltgrenzwert ein. Es besteht dann
der Zustand Z2. In diesem Zustand sind die Schaltkontakte
13 geschlossen; die Heizkörper 2 werden noch nicht zur
Wassererwärmung angesteuert (P = 0), und die
Steuerelektronik 7, speziell der Mikrocontroller, befindet
sich im RUN-Modus. Dieser Zustand Z2 entspricht den
genannten Pausen.
Während des Zustands Z2 ist die Fehlerüberwachungsschaltung
11 aktiv. Wenn sie einen Fehler (E < Egrenz) ermittelt,
geht die Schaltung in den Zustand ZS über. In diesem
Zustand werden die Schaltkontakte 13 wieder geöffnet und
bleiben geöffnet. Die elektrischen Heizkörper 2 werden
nicht an die Netzspannung gelegt (P = 0), und die
Steuerelektronik 7 verbleibt im RUN-Modus, um den Störfall
ständig anzuzeigen.
Ergibt sich jedoch im Zustand Z2, daß V < Vein ist, also
Wasser gezapft wird, und kein Fehler (E < Egrenz) vorliegt,
folgt der Übergang in den Heizzustand Z3, bei dem die
Schalter 13 geschlossen sind und die Heizkörper 2 über die
elektronischen Schalter der Leistungsschaltung 6 von der
Steuerelektronik 7 eingeschaltet werden (P < 0), so daß
eine Wasserbeheizung stattfindet. Die Steuerelektronik 7
befindet sich dabei im RUN-Modus.
Wird dann der Zapfbetrieb beendet, so daß < aus wird,
stellt sich wieder der Zustand Z2 ein. Die
Fehlerüberwachungsschaltung 11 ist dann wieder aktiv und
schaltet bei einem Fehler, wie oben beschrieben, in den
Schaltzustand ZS. Wenn kein Fehler in einem der
elektronischen Schalter der Leistungsschaltung 6 besteht,
also < aus und E < Egrenz ist, geht die Schaltung in den
Zustand Z1 zurück.
Entsprechendes ist in Fig. 3 dargestellt. Das Zeitdiagramm
nach Fig. 3a zeigt eine Zapfung, die im Zeitpunkt t1
begonnen hat und im Zeitpunkt t2 beendet wird. Das
Zeitdiagramm nach Fig. 3b zeigt, daß nach dem Zeitpunkt t1
(Zapfbeginn) die elektronischen Schalter der
Leistungsschaltung 6 erst zu einem Zeitpunkt t3
eingeschaltet werden, wobei zwischen den Zeitpunkten t1 und
t3 eine Pause P1 besteht, die von der Steuerelektronik 7
bestimmt wird. Während der Pause P1 können die
Schaltkontakte 13 einschalten (vgl. Fig. 3c). Bei dem
Zapfende t2 schaltet die Leistungsschaltung 6 ab (vgl.
Fig. 3b). Die Schaltkontakte 13 bleiben nach dem Zeitpunkt
t2 noch während einer Pause P2 geschlossen. Das Ende der
Pause P2 ist mit t4 bezeichnet. Während der Pausen P1 und
P2 sind die Schaltkontakte 13 nicht strombelastet, so daß
sie auch schleichend schalten können. Insbesondere während
der Pause P2 am Ende des Zapfbetriebs ist die
Fehlerüberwachungsschaltung 11 aktiv, so daß sie bei einem
Fehler eines elektronischen Schalters der
Leistungsschaltung 6 ein Fehlersignal auslöst und ein
weiteres Einschalten der Leistungsschaltung 6 bzw. des
Durchlauferhitzers verhindert.
Claims (6)
1. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Durchlaufer
hitzers mit einer Steuerelektronik, die über eine elek
tronische Schalter, beispielsweise Triacs, aufweisende
Leistungsschaltung Heizkörper steuert, und mit einer
elektromechanischen Schalteinrichtung, die in ihrem Öff
nungszustand die Leistungsschaltung vom Netz trennt und
die in ihrem Schließzustand die Leistungsschaltung an das
Netz anschließt, wobei an die Steuerelektronik ein Signal
zur Erfassung des Zapfbetriebs gelegt wird und bei Beendi
gung des Zapfbetriebs die Steuerelektronik (7) zunächst
die Leistungsschaltung (6) abschaltet sowie nach einer
Pause (P2) die elektromechanische Schalteinrichtung (12, 13)
öffnet, und/oder zu Beginn des Zapfbetriebs die Steuer
elektronik (7) erst die elektromechanische Schalteinrich
tung (12, 13) schließt und nach einer Pause (P1) nach Beginn des Zapfbetriebs die
Leistungsschaltung einschaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dauer der Pause bzw. der Pausen (P1, P2) von der
Steuerelektronik (7) bestimmt ist.
3. Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pausen (P1, P2) einerseits so
lang sind, daß während der Pausen die elektromechanische
Schalteinrichtung (12) schleichend von ihrem Öffnungszustand
in ihren Schließzustand und umgekehrt übergehen kann, und
andererseits insbesondere die Pause (P1) so kurz ist, daß
sie im Zapfbetrieb die Warmwasserdarbietung nicht merklich
beeinträchtigt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß während der Pause bei
Beendigung des Zapfbetriebs und/oder während der Pause bei
Beginn des Zapfbetriebs eine
Fehlerüberwachungsschaltung (11) die Leistungsschaltung (6)
prüft, wobei beim Vorliegen eines Fehlers eines
elektronischen Schalters der Leistungsschaltung (6) die
elektromechanische Schalteinrichtung (12) von der
Steuerelektronik (7) geöffnet wird und von der
Steuerelektronik (7) ein Fehlersignal ausgelöst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
im Fehlerfall die elektromechanische Schalteinrichtung (12)
von der Steuerelektronik (7) geöffnet bleibt und die
Steuerelektronik (7) in Betrieb bleibt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß während der Pause bzw. der
Pausen (P1, P2) alle elektronischen Schalter der
Leistungsschaltung (6) durch die Steuerelektronik (7)
abgeschaltet sind.
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