DE4315468C2

DE4315468C2 - Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Durchlauferhitzers

Info

Publication number: DE4315468C2
Application number: DE4315468A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dipl Ing Bergmann; Dieter-Georg Dipl Ing Hanke; Klaus-Peter Dipl Ing Brieger
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2013-05-11
Also published as: DE4315468C1

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 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 < E_grenz) 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 < V_ein ist, also Wasser gezapft wird, und kein Fehler (E < E_grenz) 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 < E_grenz 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

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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Zapfbetriebs die Steuerelektronik (7) erst die elektromechanische Schalteinrichtung (12, 13) schließt und nach einer Pause (P1) nach Beginn des Zapfbetriebs die Leistungsschaltung einschaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Pause bzw. der Pausen (P1, P2) von der Steuerelektronik (7) bestimmt ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden 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.

5. 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.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Fehlerfall die elektromechanische Schalteinrichtung (12) von der Steuerelektronik (4) geöffnet bleibt und die Steuerelektronik (7) in Betrieb bleibt.

7. 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.