DE4326354C1 - Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist ein allgemein bekannter Sachverhalt, daß bei Durch­ lauferhitzern die Wasserauslauf-Temperatur von der Leistung des Durchlauferhitzers, der Kaltwasser-Einlauftemperatur und der vom Bediener gewünschten Wassermenge abhängt. Bei den im Stand der Technik bekannten Durchlauferhitzern können bei extremen Betriebsdaten, z. B. sehr niedrige Kaltwasser-Ein­ lauftemperatur, sehr hohe gewünschte Wassermenge bei sehr hoher gewünschter Auslauftemperatur. Nicht beide Wünsche des Bedieners gleichzeitig erfüllt werden. Dem wird beispiels­ weise dadurch abgeholfen, daß in den Wasserweg des Durchlauf­ erhitzers ein Durchflußbegrenzer eingebaut wird. Dieser be­ grenzt den Wasserdurchfluß auf einen Wert, bei dem auch bei sonst extremen Betriebsdaten, wie z. B. sehr geringe Wasser­ einlauftemperatur und geringe Speisespannung, die maximal an einer Einstelleinheit einstellbare Soll-Temperatur des aus­ laufenden Wassers tatsächlich erreicht werden kann.

In der zum Stand der Technik gehörenden deutschen Patent­ schrift DE-C 38 05 441 ist ein elektrischer Durchlauferhit­ zer beschrieben, bei dem die vom Bediener eingestellte Soll- Temperatur des auslaufenden Wassers dadurch erreicht wird, daß die vom Durchlauferhitzer gelieferte Wassermenge ent­ sprechend begrenzt wird. Bei einer hoch eingestellten Soll- Temperatur ist dabei ein im Wasserweg angeordnetes Stellven­ til weniger geöffnet als bei einer niedriger eingestellten Soll-Temperatur. So wird realisiert, daß zum Erreichen der Soll-Temperatur ein dem Durchlauferhitzer zugeordnetes, ge­ öffnetes Zapfventil nicht zurückgestellt werden muß, wenn aufgrund des hohen Durchflusses die Soll-Temperatur trotz eingeschalteter Volleistung nicht erreicht würde. Die Aus­ lauftemperatur ist so in allen Fällen gleich der eingestell­ ten Soll-Temperatur.

Bei dieser Lösung ist dem Benutzer bei voll geöffnetem Zapf­ ventil nicht bekannt, wieviel Wasser er tatsächlich zapft. Wird das vom Durchlauferhitzer aus laufende Heißwasser an­ schließend vor dem Gebrauch mit kälterem Wasser gemischt, kann dies problematisch sein, da das Mengen-Mischverhältnis unbekannt ist. Zudem ist bei einem derartigen Durchlaufer­ hitzer ein zusätzliches, steuerbares Stellventil erforder­ lich.

Aus der DE 37 39 676 A1 ist ein gattungsgemäßer Durchlaufer­ hitzer bekannt, bei dem die jeweils gewünschte Auslauftempe­ ratur durch eine Leuchtdiodenanzeige angezeigt werden kann.

In der US 4 713 525 ist ein Durchlauferhitzer offenbart, dessen Durchflußmengen und Auslauftemperaturen über Mikro­ prozessoren steuerbar sind. Der Mikrocomputer zeigt über ein Display Durchflußmenge, Ein- und Auslauftemperatur an. Für den Fall, daß ungültige Werte für die Auslauftemperatur ein­ gegeben werden, betreibt der Mikrocomputer das System bei dem nächstgelegenen erlaubten Wert. Dabei verringert der Mi­ kroprozessor die Durchflußrate über ein steuerbares Ventil auf den Durchflußmengenwert, der bei der ausgewählten Tempe­ ratur aufgrund des begrenzten Heizvermögens des Durchlaufer­ hitzers gerade noch möglich ist. Auch hier ist nachteilig, daß der Benutzer die gezapfte Wassermenge nicht kennt, und daß zusätzliche Steuerventile erforderlich sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchlauf­ erhitzer bereitzustellen, bei dem auch bei ungünstigsten Be­ triebsdaten ohne Begrenzung des Durchflusses die Auslauftem­ peratur gleich der eingestellten und angezeigten Soll-Tempe­ ratur ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruchs 1 gelöst.

Durch die kontrollierte Ausgabe der Soll-Temperatur an die Anzeige wird erreicht, daß die angezeigte Soll-Temperatur bei allen Durchflüssen im wesentlichen der Wasser-Auslauf­ temperatur entspricht. Durch die kontrollierte Ausgabe der Soll-Temperatur in der Regeldifferenz, bestehend aus Aus­ lauftemperatur und Soll-Temperatur, an die Regeleinrichtung wird vermieden, daß im Falle extremer Anforderungen an den Durchlauferhitzer die Regeldifferenz stets deutlich kleiner als Null ist, und somit das Leistungsteil nur die maximale Heizleistung zusetzt.

Der Betriebspunkt des geregelten Systems befindet sich also erfindungsgemäß bei extremen Betriebsdaten nicht mehr außer­ halb des technisch sinnvollen Arbeitsbereichs, sondern zu­ mindest am Rand dieses Arbeits- bzw. Regelungsbereichs.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird bei der Berechnung der maximal erreichbaren Auslauftemperatur vorteilhaft ein Faktor für eine Leistungsreserve des Durch­ lauferhitzers, der kleiner als 1 ist, eingeführt. Dadurch kann der der Regeleinrichtung vorgegebene Sollwert in der Regeldifferenz auf einen Wert begrenzt werden, der innerhalb des technisch sinnvollen Arbeitsbereiches liegt. Somit ist die Regeleinrichtung bei Störgrößen beider Vorzeichen, wie z. B. Schwankungen der Wasser-Einlauftemperatur oder Durch­ flußschwankungen, für alle Betriebsdaten in der Lage, den gewünschten Sollwert der Wasserauslauf-Temperatur stabil zu halten.

Die bevorzugten Werte des Leistungsreservefaktors sind ab­ hängig von den gegebenen und zu erwartenden Betriebsdaten, wie z. B. die Nennleistung des Durchlauferhitzers, die Spei­ sespannung, der elektrische Widerstand der Heizwendel und der maximale Wasserdurchfluß. Der Wert des Leistungsreserve- Faktors ist beispielsweise bei Geräten geringer Nennleistung größer als bei Geräten hoher Nennleistung. Insbesondere je nach der jeweiligen Nennleistung liegen diese Werte zweckmäß­ igerweise zwischen 0,8 und 0,95.

Zur Erhöhung des Bedienkomforts und des Informationsstandes des Bedieners gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Er­ findung ist vorteilhafter Weise eine Zusatzanzeigeeinheit vorgesehen, die dem Bediener signalisiert, daß eine weitere Erhöhung der Soll-Temperatur durch ein Verstellen der Ein­ stelleinheit nicht möglich ist. Der Bediener kann gemäß ei­ nem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Balkendiagramm-Zu­ satzanzeige so auf einen Blick feststellen, wieviel Leistung bei den momentan gestellten Anforderungen in dem Durchlauf­ erhitzer noch als Reserve bereitsteht.

Vorteilhafter Weise können die Steuerschaltung und der Reg­ ler durch einen Mikroprozessor realisiert sein.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird anhand der vorliegenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen elektrischen Durchlaufer­ hitzers,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zu­ satzanzeige.

Gemäß Fig. 1 sind an einer Steuerschaltung 1 verschiedene Funktionselemente angeschlossen. Von einem Bediener wird an einer Einstelleinheit 2 ein gewünschter Sollwert Ts einge­ stellt. Diese Einstelleinheit 2 ist typischerweise als Dreh­ knopf realisiert, kann aber auch als Schieber oder durch zwei Tasten für Temperaturzunahme und -abgabe realisiert sein. Mit dem Drehknopf ist in einer möglichen Ausführungs­ form die Stellung und damit der Widerstandswert eines Schleifpotentiometers veränderbar. Erfindungsgemäß ist der eingestellte Sollwert Ts an einen dafür geeigneten Anschluß der Steuerschaltung 1 angelegt. Weiterhin sind an andere ge­ eignete Anschlüsse der Steuerschaltung 1 Signale von Meßgrö­ ßenaufnehmern 3 angelegt. Es ist ein Volumen- oder Massen­ durchflußsensor zur indirekten oder direkten Messung des mo­ mentanen Massendurchflusses mf und ein Temperatursensor zur Messung der momentanen Auslauftemperatur Ta vorhanden. In dem Ausführungsbeispiel sind die für die Ermittlung der ma­ ximal erreichbaren Auslauftemperatur Tamax notwendige Gerä­ te-Nennleistung Pmax, die momentan zugeschaltete Gerätelei­ stung P und die spezifische Wärmekapazität des zu erwärmen­ den Wassers Cp vorgegeben bzw. bekannt und müssen nicht ge­ messen werden. Die maximale Geräte-Nennleistung Pmax und die momentane Geräteleistung P könnten jedoch beispielsweise auch mit Hilfe des Meßwertes der Auslauftemperatur Ta, der mit einem weiteren Temperatursensor zu messenden Einlauftem­ peratur Te und des Massendurchflusses mf berechnet werden.

Zu jeder Zeit findet in der Steuerschaltung 1 ein Vergleich der vom Bediener gewünschten und eingestellten Soll-Tempera­ tur Ts mit der momentan maximal erreichbaren Auslauftempera­ tur Tamax statt. Dabei berechnet sich Tamax wahlweise nach folgenden Formeln:

Tamax = Ta + (Pmax - P)/(mf·Cp) (1)

Tamax = Te + Pmax/(mf·Cp) (2)

Überschreitet die entsprechend dem Verändern der Einstell­ einheit 2 gewünschte Soll-Temperatur Ts das Leistungsvermö­ gen des elektrischen Durchlauferhitzers, ersetzt die Steuer­ schaltung 1 den Sollwert Ts durch die momentan maximal er­ reichbare Auslauftemperatur Tamax. Das heißt, daß der Durch­ lauferhitzer die Temperatureinstellung des Bedieners über­ wacht, gegebenenfalls korrigiert und dann an eine Anzeige 4 ausgibt. Am Beispiel des Drehknopfes bedeutet das, daß eine Änderung der Winkelstellung des Drehknopfes nur für Soll- Temperaturen TS unterhalb der maximal erreichbaren Auslauf­ temperatur Tamax proportional in die Änderung des Soll-Tem­ peraturwertes abgebildet wird. Für Ts größer oder gleich Ta­ max gilt, daß die Anzeige 4 unabhängig von der Winkelstel­ lung des Drehknopfes die maximale Auslauftemperatur Tamax anzeigt. Als Anzeige 4 wird dabei typischerweise eine Flüs­ sig-Kristallanzeige oder eine LED-Anzeige verwendet.

Zusätzlich wird anstelle von Ta-Ts der Wert von Ta-Tamax als Regeldifferenz an eine Regeleinrichtung 5, 6, bestehend aus einem Regler 5 und einem Leistungsteil 6 des elektrischen Durchlauferhitzers übergeben, wenn Tamax kleiner als Ts ist. Dadurch ist sichergestellt, daß der Wert der Regeldifferenz in jedem Fall zu Null gemacht werden kann. Über diese Regel­ differenz wird von dem Regler 5 über den Leistungsteil 6 die Heizleistung von im Wasserweg des elektrischen Durchlaufer­ hitzers liegenden elektrischen Heizkörpern 7 gesteuert. Der maximal erreichbare Auslauftemperaturwert Tamax wird über einen Leistungsreserve-Faktor k vorteilhafter Weise ein we­ nig verringert, um die Auswirkungen evtl. auftretender Stör­ größen kompensieren zu können.

Es gilt z. B.: Tamax = Te + (k·Pmax)/(mf·Cp) (3)

Bei einem Leistungsreserve-Faktor von k = 0,95 stehen der Regeleinrichtung 5, 6 dann 5% der Nennleistung des Durch­ lauferhitzers zur Kompensation von Störgrößen, die eine Ver­ ringerung der Wasserauslauf-Temperatur Ta bewirken, wie z. B. eine abnehmende Kaltwasser-Einlauftemperatur Te, zur Verfü­ gung.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Zusatzanzeige­ einheit 8 und deren Funktion veranschaulicht. Durch eine Er­ höhung des Einstellwinkels des Drehpotentiometers der Ein­ stelleinheit 2 von α0 ausgehend erhöht sich zunächst der entsprechende Wert der gewünschten Soll-Temperatur Ts bei konstant gegebenen Tamax. Dies ist im Ausführungsbeispiel durch das Anzeigen einer Aneinanderreihung von Balken zuneh­ mender Höhe realisiert. Überschreitet Ts den Wert von Tamax, ist also ΔT = Ts - Tamax < 0, ändert sich die Höhe der ent­ sprechenden Balken nicht mehr. Die Winkelstellung αg, bei der der Wert der maximalen Auslauftemperatur Tamax erreicht ist, ist dabei insbesondere vom momentanen Wasserdurchfluß mf und der momentanen Kaltwasser-Einlauftemperatur Te abhän­ gig. Im Ausführungsbeispiel ist bei einem vorgegebenen Ein­ stellwinkel α1 der schraffierte Balkenbereich A durch einen abgestuften hellen Flächenbereich, und der momentan mit dem Durchlauferhitzer noch mögliche Temperaturbereich mit schwarzen Balken realisiert. Der Bediener ist zu jeder Zeit mit einem Blick darüber informiert, ob und wieviel Leistung ihm zu einer weiteren Erhöhung der Auslauftemperatur Ta mo­ mentan zur Verfügung steht.

Die Zusatzanzeigeeinheit 8 ist nicht auf Symbole 9, wie eben beschrieben, beschränkt, sondern kann das Erreichen von Tamax durch die eingestellte Soll-Temperatur Ts beispiels­ weise auch dadurch signalisieren, daß sie von einer grünen Leuchtdiode auf eine rote Leuchtdiode umschaltet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen elektrischen Durchlauferhitzer beschränkt, sondern kann selbstverständ­ lich auch auf einen gasbeheizten Durchlauferhitzer angewen­ det werden.

Claims (6)

1. Durchlauferhitzer mit einer Steuerschaltung (1) und dar­ an angeschlossen eine Einstelleinheit (2) zum veränder­ baren Einstellen einer Soll-Temperatur (Ts) für das aus­ laufende Wasser, einem Meßgrößenaufnehmer (3) zum Erfassen einer Wasserauslauf-Temperatur (Ta), eine Anzeige (4) für die Soll-Temperatur (Ts) und eine Regeleinrichtung (5, 6), bestehend aus ei­ nem Regler (5) und einem Leistungsteil (6), zum Regeln der Temperatur des auslaufenden Wassers des Durchlaufer­ hitzers auf die Soll-Temperatur (Ts), dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Meßgrößenaufnehmer (3) zum Erfassen des Wasserdurchflusses (mf) vorgesehen ist, daß die Steuerschaltung (1) aus in der Steuerschaltung (1) fest vorgegebenen Be­ triebsdaten des Durchlauferhitzers und aus mit den Meß­ größenaufnehmern (3) gemessenen Betriebsdaten eine mo­ mentan mit dem Durchlauferhitzer maximal erreichbare Auslauftemperatur (Tmax) ermittelt an die Anzeige (4) die Soll-Tempera­ tur (Ts) und an die Regeleinrichtung (5, 6) die Regel­ differenz aus Wasserauslauf-Temperatur und Soll-Tempera­ tur (Ta-Ts) ausgibt, wenn die Soll-Temperatur (Ts) klei­ ner als die maximale Auslauftemperatur (Tamax) ist, und an die Anzeige (4) die maximale Auslauftemperatur (Ta­ max) und an die Regeleinrichtung (5, 6) die Regeldiffe­ renz aus Wasserauslauf-Temperatur und maximaler Auslauf­ temperatur (Ta-Tamax) ausgibt, wenn die Soll-Temperatur (Ts) größer oder gleich der maximalen Auslauftemperatur (Tamax) ist.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die maximal erreichbare Auslauftemperatur (Ta­ max) entsprechend folgendem Zusammenhang ermittelt wird Tamax = Ta + (k·Pmax - P)/(mf·Cp)wobei gilt:
P: momentane Geräteleistung
Pmax: Geräte-Nennleistung
k: Leistungsreserve-Faktor
mf: momentaner Massendurchfluß und
Cp: spezifische Wärmekapazität des zu erwärmenden Wassers.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wert des Leistungsreserve-Faktors (k) ab­ hängig von den jeweiligen Werten der Betriebsdaten zwi­ schen 0,8 und 0,95 liegt.

4. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Zusatzanzeigeeinheit (8) eine Differenz Δ T der maximal erreichbaren Auslauftemperatur (Tamax) und der eingestellten Soll-Temperatur (Ts) an­ zeigt.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Symbol (9) zum Anzeigen der Differenz (Δ T) die Höhe eines Balkens in der Zusatzanzeigeeinheit (8) ist.

6. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (1) und der Regler (5) durch einen Mikroprozessor realisiert sind.