DE4334162A1 - Wasser-Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch betriebenen Was­ ser-Durchlauferhitzer mit in einer mit Wasserzu- und -ableitun­ gen versehenen Kammer angeordneten Heizkörpern und einer Ein­ richtung zur Verhinderung einer Leistungsaufnahme bei zu geringem Durchfluß, mit in zu den elektrischen Heizkörpern führenden Leitungen angeordneten Leistungsschaltern, die mit einer Steue­ rung verbundenen sind, und einem den Leistungsschaltern vorge­ schalteten Sicherheitsschalter.

Bei Durchlauferhitzern dieser Art besteht im Fehlerfall, d. h. eine Leistungsaufnahme durch die Heizkörper bei fehlendem oder zu geringem Durchfluß der die Heizkörper enthaltenden Kammer, die Gefahr, daß die in einem Heizblock angeordneten Heizkörper zerstört werden. Dabei kann es auch zu einem Wasseraustritt mit entsprechenden Folgeschäden kommen.

Bei den bekannten derartigen Durchlauferhitzern wird in der Re­ gel der Druck erfaßt, der in der die Heizkörper aufnehmenden Kammer, der ein Rückschlagventil vorgeordnet ist, herrscht und bei Überschreiten eines bestimmten Druckes die Leistungszufuhr unterbrochen. Dabei führt eine unzulässige Leistungsaufnahme aufgrund des damit verbundenen Temperaturanstieges zu einem ent­ sprechenden Druckanstieg. Dieser führt bei Überschreiten eines bestimmten Wertes zu einem Ansprechen des Sicherheitsschalters und damit zu einer Unterbrechung der Leistungszufuhr zu den Heizkörpern.

Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der Druck, bei dem es zum Ansprechen des Sicherheitsschalters kommt, erheblich über dem Druck der Wasserversorgung liegen muß, da im Betrieb Druck­ spitzen auftreten können, die erheblich über dem Netzdruck lie­ gen. Aufgrund des Rückschlagventiles, das zum Druckaufbau in der Kammer erforderlich ist, werden Druckspitzen in der Kammer und in den zu dieser führenden Rohren praktisch gespeichert, wodurch sich eine entsprechende Belastung der Kammer und der Rohre er­ gibt. Außerdem können Druckspitzen auch bei ausgeschaltetem Ge­ rät den Sicherheitsschalter auslösen.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen elektrischen Durchlauferhitzer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine sichere Abschaltung der Leistungszu­ fuhr erfolgt, wenn ein ungenügender Durchfluß gegeben ist und bei der eine länger dauernde Belastung mit einem erhöhten Druck im Fehlerfall vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß an den zu den Heizkörpern führenden an den Leistungsschalter angeschlossenen Leitungen eine Diodenmatrix angeschlossen ist, deren einer Aus­ gang mit einer Spule des Sicherheitsschalters direkt und deren zweiter Ausgang mit einem zweiten Anschluß der Spule über einen Schalter verbunden ist, der von einem in der zu den Heizkörpern führenden Wasserleitung angeordneten Durchflußmesser gesteuert ist.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei ungenügendem Durch­ fluß die Leistungszufuhr sicher unterbrochen wird. So löst der Sicherheitsschalter aus, wenn einerseits der erforderliche Durchfluß nicht gegeben ist und andererseits Strom zu den Heiz­ körpern fließt. Dies ist dadurch gegeben, daß einerseits der Stromfluß zu den Heizkörpern durch die Diodenmatrix und anderer­ seits durch den Durchflußmesser ein zu geringer Durchfluß erfaßt wird.

Bei einem Betrieb des Durchlauferhitzers mit Drehstrom ist eine Abschaltung aufgrund der Diodenmatrix auch bei Ausfall einer Phase gegeben, da eben an allen fünf zu den Heizkörpern führen­ den Leitungen Dioden angeschaltet sind. Damit wird die Spule des Sicherheitsschalters von allen drei Phasen über die Diodenmatrix versorgt. Gleichzeitig ist auch sichergestellt, daß sich bei Ausfall der Durchflußüberwachung der Zustand "zu geringer Durch­ fluß" einstellt und es zu einer Abschaltung der Leistungsversor­ gung kommt. Dies läßt sich einfach dadurch erreichen, daß der den Stromkreis zur Spule des Sicherheitsschalters beherrschenden vom Durchflußmesser gesteuerte Schalter erst öffnet, wenn ein entsprechender Durchfluß gegeben ist. Bei ordnungsgemäß arbei­ tender Steuerung kommt es jedoch ohnehin erst dann zu einem Stromfluß zu den Heizkörpern, wenn ein entsprechender Durchfluß gegeben ist.

Dabei ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung auch der Vor­ teil, daß der Sicherheitsschalter lediglich eine Wicklung benö­ tigt und die Leistungserfassung keine zusätzliche Spannungsver­ sorgung benötigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann bei einem Wasser- Durchlauferhitzer mit dreiphasiger Versorgung der Heizkörper, bei dem die Steuerung eingangsseitig mit einem Durchflußmesser, einem die Wassertemperatur erfassenden Fühler und einer Span­ nungsversorgung und ausgangsseitig mit den Leistungsschaltern verbunden ist, die eine Leistungssteuerung der Heizkörper ermög­ lichen, vorgesehen sein, daß eine die Spannung am Ausgang der als Diodenmatrix ausgeführten Spannungsüberwachungseinrichtung erfassender Fühler, vorzugsweise ein Optokoppler parallel zum vom Durchflußmesser gesteuerten Schalter geschaltet ist, dessen Ausgang mit einem Eingang der Steuerung verbunden ist.

Bei dieser Lösung stellt die Steuerung einen Teil einer Sicher­ heitsschaltung dar.

Durch das Anlegen aller drei Phasen an die über die Steuerung gesteuerten Leistungsschalter und die durch diese erfolgende Stern-Dreieck-Umschaltung, wobei die Leistungsschalter vorzugs­ weise als Triacs ausgebildet sind, kommt es zu einem Stromfluß über alle Dioden, der Auslösespule und dem Optokoppler. Der über dem Optokoppler fließende Strom wird dabei als Prüfstrom verwen­ det, dessen Verlauf in der Steuerung ausgewertet werden kann. Dabei ist dem von der Diodenmatrix gelieferten Gleichstrom ein periodischer Brumm überlagert, wobei aber bei ordnungsgemäßem Betrieb, d. h. bei Vorhandensein aller drei Phasen kein Stromein­ bruch bis auf Null auftritt.

Dies ist nur dann der Fall, wenn eine Unterbrechung einer Phase vorliegt. Dies kann von der Steuerung sehr einfach erfaßt wer­ den. Dadurch ist es auch möglich eine Unterbrechung einer Diode der Diodenmatrix zu erkennen, aber auch eine Unterbrechung des die Spule des Sicherheitsschalters umfassenden Kreises. Außerdem kann dadurch auch ein allfälliger Kurzschluß eines Leistungs­ schalters erfaßt werden.

Aber auch eine Unterbrechung eines Heizkörpers ist leicht erfaß­ bar, da sich in diesem Fall eine entsprechende Unsymmetrie der Belastung ergibt, durch die sich auch eine leicht erfaßbare Ver­ änderung des Verlaufs der Ausgangsspannung der Diodenmatrix er­ gibt. In diesem Fall kann die Steuerung für eine entsprechende Abschaltung der Heizkörper sorgen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Durchflußmesser den Schalter über einen Komparator an­ steuert, der eine bestimmten Mindestdurchflußmenge bestimmt. Auf diese Weise kann sehr einfach ein entsprechender Schwellwert für die minimale Durchflußmenge gebildet werden, ab der die Lei­ stungsversorgung erfolgen soll.

Weiter kann vorgesehen sein, daß der Durchflußmesser beziehungs­ weise der mit diesem verbundene Komparator an die Spannungsver­ sorgung der Steuerung angeschaltet sind.

Auf diese Weise ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Da­ bei zeigen:

Fig. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfin­ dungsgemäßen Wasser-Durchlauferhitzers.

Fig. 3 und 4 Diagramme des Prüfstromes und

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Steuerung.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzel­ heiten.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist in den Leitun­ gen L1, L2 und L3 ein Sicherheitsschalter 1 eingeschaltet, dem eine Kombination von fünf Leistungsschaltern S1 bis S5 nachge­ schaltet ist. An diesen Leistungsschaltern S1 bis S5 sind vier Heizkörper H1 bis H4 angeschlossen, wobei durch die netzseitige Parallelschaltung der Schalter S1 und S4 beziehungsweise S2 und S5 eine Serien- oder Parallelschaltung von Heizkörpern H1 bis H4 möglich ist, wodurch die dem die Kammer 2, in der die Heizkör­ per H1 bis H4 angeordnet sind, durchströmende Wasser zugeführte Leistung variiert werden kann.

Die Kammer 2 ist über eine Leitung 3 mit einem nicht dargestell­ ten Wasseranschluß verbunden. Dabei ist in der Leitung 3 ein Durchflußmengenmesser 4 und ein die Einlauftemperatur erfassen­ der Fühler 5 angeordnet, wobei dieser und der Durchflußmengen­ messer 4 mit einer Steuerung 6 verbunden sind, die die Lei­ stungsschalter S1 bis S5 entsprechend den jeweiligen Erforder­ nissen steuert. Dabei ist die Steuerung 6 an zwei vom Sicher­ heitsschalter 1 wegführenden Leitungen angeschlossen, um eine entsprechende Spannungsversorgung sicherzustellen.

An den Leistungsschaltern S1 bis S5 ist weiter eine durch eine Diodenmatrix gebildete Spannungsüberwachungseinrichtung 7 ange­ schlossen an deren Ausgängen eine Spule 8 des Sicherheitsschal­ ters 1 angeschlossen ist, wobei jedoch noch ein Schalter 9 zwi­ schengeschaltet ist, der in Abhängigkeit von der vom Durchfluß­ mengenmesser 4 erfaßten Durchflußmenge gesteuert ist. Dabei ist der Durchflußmengenmesser 4 mit einem Komparator 10 verbunden, der den Schalter 9 steuert und über die Steuerung 6 mit Spannung versorgt ist.

Bei Beginn einer Zapfung durch Öffnen des Zapfhahnes 11 kommt es zu einem Durchfluß durch die Leitung 3, der von dem Durchfluß­ mengenmesser 4 erfaßt wird. Entsprechend dem jeweiligen Lei­ stungsbedarf steuert die Steuerung 6 die Leistungsschalter S1 bis S5, wenn der Durchfluß durch die Leitung 3 einen bestimmten Wert erreicht hat. Die Heizkörper H1 bis H4 werden entsprechend beaufschlagt.

Fehlt der Durchfluß oder fällt dieser unter einen bestimmten Wert ab, ohne daß es dabei zu einer Unterbrechung der Leistungs­ zufuhr zu den Heizkörpern H1 bis H4 kommt, so schließt der Schalter 9. Unter dieser Bedingung existiert mindestens ein Strompfad zwischen mindestens zwei Außenleitern und der Spule 8 des Schalters 1, wodurch die Spule 8 bei aufrechter Leistungszu­ fuhr erregt wird und den Sicherheitsschalter 1 öffnet und in dieser Stellung mechanisch verriegelt.

Eine Erregung der Spule 8 ist dabei auch im Falle eines Ausfalls einer Phase sichergestellt, da die Dioden der Spannungsüberwa­ chungseinrichtung 7 an allen Ableitungen dieser Schalter S1 bis S5 angeschlossen sind. Da der Schalter 9 bei zu geringem Durch­ fluß schließt, ist auch sichergestellt, daß bei Ausfall des Durchflußmengenmessers 4, zum Beispiel wenn dieser blockiert ist, sich der Zustand "zu geringer Durchfluß" einstellt. Dadurch ist auch sichergestellt, daß bei einem Fehler des Durchflußmes­ sers 4 im Falle einer Leistungszufuhr zu den Heizkörpern H1 bis H4 der Sicherheitsschalter 1 ausgelöst wird.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist ein Optokoppler 12 parallel zu Schalter 9 geschaltet. Dieser Optokoppler 12 dient gleichzeitig als Fühler zur Erfassung der am Ausgang des Dioden­ matrix 7 anstehenden Spannung. Dies ist durch den Widerstand 13 bedingt, der einen von der Spannung abhängigen Stromfluß über die Leuchtdiode des Optokopplers 12 zuläßt.

Der Ausgang das Optokopplers 12 ist mit einem Eingang der Steue­ rung 6 verbunden.

In der Steuerung 6 wird der Verlauf des über den lichtabhängigen Transistor des Optokopplers 12 fließenden Stromes, der als Prüf­ strom verwendet wird, in bestimmten Betriebszuständen (zum Bei­ spiel vor einer Betriebseinschaltung) analysiert. Hierzu werden durch die Steuerung 6 bestimmte Leistungsschalter zwangsweise für eine vorgegebene Zeitdauer zugeschaltet. Dabei ergibt sich bei durchgeschalteten Leistungsschaltern S2, S3 und S4 und ge­ öffneten Leistungsschaltern S1 und S4 der aus der Fig. 3 er­ sichtliche Verlauf. Dabei ist die von der Diodenmatrix gelie­ ferte Gleichspannung mit einem Brumm überlagert, wobei aber, wenn kein Fehler vorliegt, kein Einbruch bis auf Null erfolgt.

Ergibt sich jedoch eine Unterbrechung einer Phase, so kommt es zu einem Einbruch bis auf Null, wie dies aus der Fig. 4 zu er­ sehen ist, der leicht erkannt werden kann.

Die Steuerung 6 arbeitet nach dem aus der Fig. 5 ersichtlichen Flußdiagramm.

Nach dem Einschalten der Betriebsspannung wird überprüft, ob der Durchfluß v kleiner oder größer als der Einschaltdurchfluß v_ein ist. Ist letzteres der Fall so werden die Heizkörper vorerst mit geringerer Leistung beaufschlagt, die bei sich weiter erhöhendem Durchfluß erhöht wird.

Dabei wird gleichzeitig der Verlauf des Prüfstromes mit einem vorgegebenen Muster verglichen. Dadurch können Abweichungen, wie Einbrüche des Prüfstromes bis auf Null, die sich bei Ausfall ei­ ner Phase oder Unterbrechung einer Diode beziehungsweise des Spulenkreises, einem Kurzschluß eines Leistungsschalters S1 bis S5 oder einer fehlenden Durchschaltung eines Leistungsschal­ ters S2, S3 und S4 ergeben, leicht erkannt werden. Werden solche Abweichungen innerhalb einer Prüfzeit t_T erkannt, so wird die Leistungszufuhr zu den Heizkörpern unterbrochen.

Tritt kein solcher Einbruch des Prüfstromes ein so wird die Lei­ stungszufuhr zu den Heizkörpern entsprechend dem Durchfluß und der Temperatur des zuströmenden Wassers gesteuert, bis der Durchfluß v unter einen Ausschaltdurchfluß v_aus absinkt und die Leistungszufuhr zu den Heizkörpern H1 bis H4 unterbrochen wird.

Claims (4)

1. Elektrisch betriebener Wasser-Durchlauferhitzer mit in einer mit Wasserzu- und -ableitungen versehenen Kammer angeordneten Widerstandsheiz­ körpern und einer Einrichtung zur Verhinderung einer Leistungsaufnahme bei zu geringem Durch­ fluß, mit in zu den Heizkörpern führenden Lei­ tungen, die diese Heizkörper mit gesteuerten Leistungsschaltern verbinden und einem den Lei­ stungsschaltern vorgeschalteten Sicherheits­ schalter, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zu den Heizkörpern (H1, H2, H3, H4) führenden Leitungen mit einem der Anschlüsse einer in der Einrichtung befindlichen Spannungsüberwachungs­ einrichtung (7) verbunden ist, deren einer Aus­ gang mit dem ersten Anschluß einer Spule (8) des Sicherheitsschalters (1) direkt und deren anderer Ausgang mit einem zweiten Anschluß der Spule (8) über einen Schalter (9) verbunden ist, wobei der Schalter von einem in der zu der Kammer (2) führenden Wasserleitung (3) angeord­ neten, aus einem Durchflußmesser mit einem Kom­ parator bestehenden Durchflußüberwachungsein­ richtung gesteuert wird.

2. Wasser-Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, mit dreiphasiger Versorgung der Heizkörper, bei dem die Steuervorrichtung eingangsseitig mit einem Durchflußmesser, einem die Wassertemperatur er­ fassenden Fühler und einer Spannungsversorgung und ausgangsseitig mit den Leistungsschaltern verbunden ist, die eine Leistungssteuerung der Heizkörper ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Spannung am Ausgang der als Dioden­ matrix (7) ausgeführten Spannungsüberwachungs­ einrichtung erfassender Fühler, vorzugsweise ein Optokoppler (12) parallel zum vom Durch­ flußmesser (4) gesteuerten Schalter (9) ge­ schaltet ist, dessen Ausgang mit einem Eingang der Steuerung (6) verbunden ist.

3. Wasser-Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs­ überwachungseinrichtung eine als mehrfache Dopplungsgleichrichtung ausgeführte Diodenma­ trix aufweist.

4. Wasser-Durchlauferhitzer nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser (4) beziehungsweise der mit diesem verbundene Komparator (10) an die Span­ nungsversorgung der Steuerung (6) angeschlossen sind.