EP2051008A2 - Wasserhitzer - Google Patents

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EP2051008A2
EP2051008A2 EP08017771A EP08017771A EP2051008A2 EP 2051008 A2 EP2051008 A2 EP 2051008A2 EP 08017771 A EP08017771 A EP 08017771A EP 08017771 A EP08017771 A EP 08017771A EP 2051008 A2 EP2051008 A2 EP 2051008A2
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EP
European Patent Office
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gas valve
water
transistor
capacitor
piezo
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Withdrawn
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EP08017771A
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EP2051008A8 (de
EP2051008A3 (de
Inventor
João Guerreiro
LuÍs Felipe Carreto Martins
Vieira Ricardo Jorge De Sousa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2051008A8 publication Critical patent/EP2051008A8/de
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N1/005—Regulating fuel supply using electrical or electromechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D2101/10—Gas turbines; Steam engines or steam turbines; Water turbines, e.g. located in water pipes

Definitions

  • the invention relates to a power supply independently operated water heater according to the preamble of claim 1.
  • Electricity-independent operated water heaters with a gas burner are well known. They work completely independently from a power grid and are therefore very easy to install.
  • water heaters of the generic type consist of at least one known electromagnetic gas valve which can be controlled as a function of the amount of outlet water.
  • two series-connected gas valves are used for safety reasons.
  • Each previously used gas valve has a coil and is held in the closed position with an oppositely acting spring.
  • a control device for the operation of the gas burner is provided, also to comply, for example, a preset hot water outlet temperature.
  • a water faucet for sanitary house installations wherein in a flow channel acted upon by a flowing water turbine wheel is provided which drives an electric generator.
  • the turbine wheel is arranged directly in the flow path of the water-carrying wiring harness.
  • the voltage generated by the generator is used to charge a rechargeable battery that supplies power to a control assembly that operates a valve of a water dispenser.
  • the invention is therefore based on the object of optimizing a water heater operated independent of the power supply, in particular with regard to the lowest possible consumption of electrical energy.
  • the water heater operated independently of the power supply according to the invention is characterized in that the gas valve is provided with a piezoactuator.
  • the piezoelectric actuator is controlled by the control device via a circuit which releases the electrical activation energy for the piezoelectric actuator for opening the gas valve from a memory and which receives the released during the closing of the gas valve on the piezo actuator electrical activation energy in the memory.
  • the storage for electrical activation energy is a capacitor.
  • the piezo actuator is supplied from the capacitor via the circuit with electrical activation energy when a first transistor turns on.
  • a second transistor to the battery also turns on in order to supply the first transistor with sufficient electrical energy or to recharge the capacitor while the first transistor is still open.
  • To close the gas valve opens the first transistor, so that the piezo actuator moves to its normal position. The piezo actuator releases its electrical energy. This energy passes back through a parallel to the first transistor connected freewheeling diode back into the capacitor and is stored there again.
  • a water heater operated independently of the mains supply is created with a very low consumption of electrical energy.
  • piezo technology for actuating gas valves, only very little electrical energy is required for activation in comparison to solenoid valves.
  • the life of batteries in the device is significantly extended with the inventive measures or it can even be dispensed with batteries when integrated into the water pipe water turbine is used with a coupled generator for generating electrical voltage.
  • the drawing illustrates an embodiment of the invention and shows in a single figure a circuit for driving a gas valve with a piezo actuator for use in a power-independent operated water heater with a gas burner.
  • the control device 1 of the water heater operated independent of the power supply essentially serves to control the gas valve 2, which is provided with a piezoelectric actuator 3.
  • the piezoelectric actuator 3 is supplied via the circuit with electrical activation energy from a capacitor 4 by a first transistor 5 turns on. If charge of the capacitor 4 is too low, a second transistor 6 also switches to a battery in order to supply the first transistor 5 with sufficient electrical energy or to charge the capacitor 4 when the first transistor 5 is open. To close the gas valve 2, the first transistor 5 opens. In this case, the piezoelectric actuator 3 emits electrical energy. This passes through a parallel to the first transistor 5 connected freewheeling diode 7 back into the capacitor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen stromnetzunabhängig betriebenen Wassererhitzer mit einem Gasbrenner, mindestens einem in Abhängigkeit der Auslaufwassermenge steuerbaren Gasventil (2) sowie einer Regeleinrichtung (1), wobei eine Batterie als Spannungsversorgung und/oder eine in eine Wasserleitung integrierte, durch die Wasserströmung beim Öffnen eines Warmwasser-Auslassventils angetriebene Wasserturbine zum Erzeugen von elektrischer Spannung für Komponenten vorgesehen ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen stromnetzunabhängig betriebenen Wassererhitzer insbesondere im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Verbrauch an elektrischer Energie zu optimieren. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass das Gasventil (2) mit einem Piezo-Aktuator (3) versehen ist. Der Piezo-Aktuator (3) wird von der Regeleinrichtung (1) über eine Schaltung angesteuert, welche die elektrische Aktivierungsenergie für den Piezo-Aktuator(3) für das Öffnen des Gasventils (2) aus einem Speicher freigibt und welche die beim Schließen des Gasventils (2) am Piezo-Aktuator (3) frei werdende elektrische Aktivierungsenergie im Speicher aufnimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen stromnetzunabhängig betriebenen Wassererhitzer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Stromnetzunabhängig betriebene Wassererhitzer mit einem Gasbrenner sind allgemein bekannt. Sie arbeiten völlig autark von einem Stromnetz und sind daher auch sehr einfach zu installieren. Im Wesentlichen bestehen gattungsgemäße Wassererhitzer aus mindestens einem in Abhängigkeit der Auslaufwassermenge steuerbaren, bekannten elektromagnetischen Gasventil. Üblicherweise werden aus Sicherheitsgründen zwei in Reihe geschaltete Gasventile eingesetzt. Jedes bisher eingesetzte Gasventil weist eine Spule auf und wird mit einer entgegengesetzt wirkenden Feder in der Schließposition gehalten. Weiterhin ist eine Regeleinrichtung für den Betrieb des Gasbrenners vorgesehen, auch um beispielsweise eine voreingestellte Warmwasser-Auslauftemperatur einzuhalten.
  • Weiterhin sind vom Stromnetz autarke Wassererhitzer mit einer in die Wasserleitung integrierten Wasserturbine und einem gekoppelten Generator zur Erzeugung von elektrischer Spannung für Komponenten bekannt. Diese werden zum Ersatz oder zum Verlängern der Lebensdauer von Batterien eingesetzt. Durch die Wasserströmung beim Öffnen eines Warmwasser-Auslassventils wird die Wasserturbine betrieben. Die erzeugten elektrischen Leistungen sind relativ klein, so dass man damit bisher lediglich die Zündspannung erzeugen wollte. Aus der US-PS 4 740 725 ist bekannt, einen hydraulischen Mikro-Turbinen-Generator zur Erzeugung einer Zündspannung zum Zünden eines Gasbrenners für Wassererhitzer einzusetzen. Als Vorteil wird darauf hingewiesen, dass dadurch auf eine permanente Zündflamme verzichtet werden kann. Auch aus der EP 361 333 geht eine Wasserarmatur für sanitäre Hausinstallationen hervor, wobei in einem Strömungskanal ein von durchströmenden Wasser beaufschlagtes Turbinenrad vorgesehen ist, das einen elektrischen Generator antreibt. Das Turbinenrad ist dabei unmittelbar im Strömungsweg des Wasser führenden Leitungsstrangs angeordnet. Die vom Generator erzeugte Spannung wird dabei zum Laden eines Akkumulators verwendet, der eine Steueranordnung mit Spannung versorgt, die ein Ventil eines Wasserspenders betätigt.
  • Weiterhin ist aus der DE 199 54 967 A1 eine Vorrichtung bekannt, mit der unabhängig von der Durchflussmenge im Leitungsstrang die zum Antreiben der Turbine beziehungsweise des Generators notwendige Strömungsmenge im Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch wird gewährleistet, dass unabhängig von der Stellung des Auslassventils eine ausreichenden elektrische Spannung für die elektrischen Verbraucher des Wassererhitzers zu Verfügung steht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen stromnetzunabhängig betriebenen Wassererhitzer insbesondere im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Verbrauch an elektrischer Energie zu optimieren.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Der erfindungsgemäße, stromnetzunabhängig betriebene Wassererhitzer ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil mit einem Piezo-Aktuator versehen ist. Der Piezo-Aktuator wird von der Regeleinrichtung über eine Schaltung angesteuert, welche die elektrische Aktivierungsenergie für den Piezo-Aktuator für das Öffnen des Gasventils aus einem Speicher freigibt und welche die beim Schließen des Gasventils am Piezo-Aktuator frei werdende elektrische Aktivierungsenergie im Speicher aufnimmt. Vorteilhafterweise ist der Speicher für elektrische Aktivierungsenergie ein Kondensator.
  • Zum Öffnen des Gasventils wird der Piezo-Aktuator über die Schaltung mit elektrischer Aktivierungsenergie aus dem Kondensator versorgt, wenn ein erster Transistor durchschaltet. Dabei schaltet bei zu niedriger Ladung des Kondensators ein zweiter Transistor zur Batterie ebenfalls durch, um den ersten Transistor mit ausreichend elektrischer Energie zu versorgen oder um den Kondensator wieder aufzuladen, während der erste Transistor noch geöffnet ist. Zum Schließen des Gasventils öffnet der erste Transistor, so dass sich der Piezo-Aktuator in seine normale Position bewegt. Dabei gibt der Piezo-Aktuator seine elektrische Energie ab. Diese Energie gelangt durch eine parallel zum ersten Transistor geschaltete Freilaufdiode zurück in den Kondensator und wird dort wieder gespeichert.
  • Erfindungsgemäß wird ein stromnetzunabhängig betriebener Wassererhitzer mit einem sehr niedrigen Verbrauch an elektrischer Energie geschaffen. Mit Verwendung der Piezo-Technik zum Betätigen von Gasventilen ist im Vergleich zu Magnetventilen nur noch sehr wenig elektrische Energie zum Aktivieren notwendig. Die Lebensdauer von Batterien im Gerät wird mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen deutlich verlängert oder es kann sogar auf Batterien verzichtet werden, wenn eine in die Wasserleitung integrierte Wasserturbine mit einem gekoppelten Generator zur Erzeugung von elektrischer Spannung zum Einsatz kommt.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur eine Schaltung zum Ansteuern eines Gasventils mit einem Piezo-Aktuator zur Verwendung bei einem stromnetzunabhängig betriebenen Wassererhitzer mit einem Gasbrenner.
  • Die Regeleinrichtung 1 des stromnetzunabhängig betriebenen Wassererhitzers dient im Wesentlichen zum Ansteuern des Gasventils 2, welches mit einem Piezo-Aktuator 3 versehen ist.
  • Zum Öffnen des Gasventils 2 wird der Piezo-Aktuator 3 über die Schaltung mit elektrischer Aktivierungsenergie aus einem Kondensator 4 versorgt, indem ein erster Transistor 5 durchschaltet. Bei zu niedriger Ladung des Kondensators 4 schaltet auch ein zweiter Transistor 6 zu einer Batterie durch, um den ersten Transistor 5 mit ausreichend elektrischer Energie zu versorgen oder um den Kondensator 4 bei geöffnetem ersten Transistor 5 aufzuladen. Zum Schließen des Gasventils 2 öffnet der erste Transistor 5. Dabei gibt der Piezo-Aktuator 3 elektrische Energie ab. Diese gelangt durch eine parallel zum ersten Transistor 5 geschaltete Freilaufdiode 7 zurück in den Kondensator.

Claims (5)

  1. Stromnetzunabhängig betriebener Wassererhitzer mit einem Gasbrenner, mindestens einem in Abhängigkeit der Auslaufwassermenge steuerbaren Gasventil (2) sowie einer Regeleinrichtung (1), wobei eine Batterie als Spannungsversorgung und/oder eine in eine Wasserleitung integrierte, durch die Wasserströmung beim Öffnen eines Warmwasser-Auslassventils angetriebene Wasserturbine zum Erzeugen von elektrischer Spannung für Komponenten vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (2) mit einem Piezo-Aktuator (3) versehen ist.
  2. Wassererhitzer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo-Aktuator (3) von der Regeleinrichtung (1) über eine Schaltung angesteuert wird, welche die elektrische Aktivierungsenergie für den Piezo-Aktuator(3) für das Öffnen des Gasventils (2) aus einem Speicher freigibt und welche die beim Schließen des Gasventils (2) am Piezo-Aktuator (3) frei werdende elektrische Aktivierungsenergie im Speicher aufnimmt.
  3. Wassererhitzer nach den Ansprüchen 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher für elektrische Aktivierungsenergie ein Kondensator (4) ist.
  4. Wassererhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen des Gasventils (2) der Piezo-Aktuator (3) über die Schaltung mit elektrischer Aktivierungsenergie aus dem Kondensator (4) versorgt wird, wenn ein erster Transistor (5) durchschaltet, wobei bei zu niedriger Ladung des Kondensators (4) ein zweiter Transistor (6) zur Batterie durchschaltet, um den ersten Transistor (5) mit ausreichend elektrischer Energie zu versorgen oder um den Kondensator (4) bei geöffnetem ersten Transistor (5) aufzuladen.
  5. Wassererhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Schließen des Gasventils (2) der erste Transistor (5) öffnet, dass sich der Piezo-Aktuator (3) in seine normale Position bewegt und dabei seine elektrische Energie abgibt und dass diese Energie durch eine parallel zum ersten Transistor (5) geschaltete Freilaufdiode (7) zurück in den Kondensator (4) gelangt und gespeichert wird.
EP08017771.0A 2007-10-16 2008-10-10 Wassererhitzer Withdrawn EP2051008A3 (de)

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