EP3037741B1 - Verfahren zur vermeidung von trockenbrand bei elektrischen durchlauferhitzern - Google Patents

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EP3037741B1
EP3037741B1 EP15197543.0A EP15197543A EP3037741B1 EP 3037741 B1 EP3037741 B1 EP 3037741B1 EP 15197543 A EP15197543 A EP 15197543A EP 3037741 B1 EP3037741 B1 EP 3037741B1
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EP
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time period
heating block
current flow
thermal switch
switched
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Martin Lebernegg
Axel Schöps
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/128—Preventing overheating
    • F24H15/132—Preventing the operation of water heaters with low water levels, e.g. dry-firing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
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    • F24H15/37—Control of heat-generating means in heaters of electric heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
    • F24H9/2028—Continuous-flow heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0275—Heating of spaces, e.g. rooms, wardrobes
    • H05B1/0283—For heating of fluids, e.g. water heaters

Definitions

  • the invention relates to a method for the prevention of dry fires in electrical water heaters.
  • DE 4142838 A1 shows an electric water heater with an impeller for detecting the flow through the water heater known. If the flow falls below a certain minimum flow, the power supply should be switched off. In order to take into account the inertia of the impeller, a timer is provided, which uses only after one and a half seconds, the signal of a low volume flow to shut off the power supply. Also the off EP 948015 A2 known water heater is protected by means of a temperature monitor, which reacts at inadmissibly high temperatures due to inadequate water supply.
  • DE 1440482 discloses a flow heater in which fusible links are mounted in series with the heating conductors which melt earlier than the heating conductors to protect them.
  • a safety temperature limiter which consists of a fuse and a thermal switch, which opens at a certain temperature and closes again on cooling.
  • the thermal switch is usually a bimetal switch, which opens a circuit at a predetermined temperature T s .
  • the fuse of the safety temperature limiter melts at a higher temperature T Sch and must then be replaced. If the melting temperature is significantly exceeded at a critical temperature T crit , it may cause the molten material to form an electrical bridge again.
  • the invention has for its object to ensure a safe avoidance of dry fire and to prevent afterheating in this case.
  • the instantaneous water heater is turned on again. If a current flow is measured immediately after the lapse of the second time period ⁇ t 2 , this is an indication that the safety temperature limiter has not triggered and, accordingly, fluid flows sufficiently through the instantaneous heater. Since everything is working properly, the current flow remains switched on.
  • FIG. 1 shows the environmental heat source circuit 3 a heat pump.
  • an electric instantaneous water heater 1 an environmental heat source 8, an evaporator 9 and a circulating pump 4 are connected in series.
  • the electric instantaneous water heater 1 has an electric heating block 10, which is connected to a control 6.
  • the electric instantaneous water heater 1 has a safety temperature limiter 14 in the form of a thermal switch 2 and a melt flow fuse 5, which are connected in series with the control 6.
  • the thermal switch 2 is designed in the form of a bimetallic switch and adjusted so that it opens from a predetermined switching temperature T S. If the thermal switch 2 cools down again, the contact is closed again.
  • the melt solder fuse 5 melts at a higher melting temperature T Sch .
  • a temperature sensor 7 downstream of the electrical instantaneous water heater 1 and the circulation pump 4 are also connected to the control 6.
  • the controller 6 has means for determining whether the electric heater block 10 consumes power and whether the circuit is opened or closed by the thermal switch 2 and the fuse 5. If the controller 6 enable power for the electric heating block 10, it can measure at the same time whether a current is flowing or the circuit for the electric heating block 10 is interrupted.
  • the circulation pump 4 of the environmental heat source circuit 3 is started.
  • Environmental heat is from the environmental heat source 8 transmitted to the environmental heat source circuit 3 and transferred in the evaporator 9 to the refrigerant circuit, not shown, the heat pump.
  • FIG. 2 shows the temperature profile in different constellations.
  • Line III shows the temperature profile of the electric water heater 1 in dry firing according to the prior art.
  • the heating coil 10 of the electric instantaneous water heater 1 is turned on. After a short delay, the temperature rises. The switching temperature T S is exceeded, so that the thermal switch 2 opens. Since the heat of the heating block can not be dissipated by a fluid, the temperature initially increases within the electric flow heater 1 until the melting temperature T Sch is reached at the melt solder fuse 5, so that it melts.
  • the high energy input during the further course also causes the critical temperature T crit to be exceeded at which the melt flow fuse 5 can be re-connected if solder forms an electrical bridge.
  • the thermal switch 2 closes again. If the solder of the fuse 5 has formed a contact, then the controller 6 recognizes this and switches the heating coil 10 of the electrical unit when there is a need for heat Water heater 1 again and the process begins again. As a result, the temperature of the heating block 10 rises until it finally comes to a complete failure of the heating block 10. Possible consequences are a total failure of the device and other consequential damages.
  • the inventive method provides for this, that only briefly the heating block 10 of the electric water heater 1 is energized, so that when the fluid in the water heater, a melting of the melt flow fuse 5 is excluded. For this purpose, first the circulating pump 4 is turned on. At time t 0 , the heating block 10 of the electric instantaneous water heater 1 is turned on and then turned off again after a first period of time ⁇ t 1 .
  • the temperature continues to rise due to the lack of water due to the low heat capacity. Both the switching temperature T S and the melting temperature T Sch are exceeded. Due to the short energization during the first time period .DELTA.t 1 , the critical temperature T crit is not exceeded. This is shown by line II. After the lapse of the second time period ⁇ t 2 no current flow is measured. This does not occur within the predetermined third time period ⁇ t 3 , so that dry fire is inferred and an associated error message is output. The heating block 10 of the electric water heater 1 then remains switched off.
  • the first, second and third time periods ⁇ t 1 , ⁇ t 2 and ⁇ t 3 are device-specific to determine.
  • the heating power of the heating block 10 and the first time period .DELTA.t 1 the amount of heat introduced is determined. From the heat capacity and mass of the heating block 10 results in its heating behavior. Accordingly, the first time period .DELTA.t 1 is to be determined so that in dry firing in the next few seconds, although the switching temperature T S is exceeded, but not the melting temperature T Sch .
  • the second period of time ⁇ t 2 must be chosen so that after her no increase in temperature is expected.
  • the Third time period ⁇ t 3 must ultimately be chosen such that in the case of a non-flowing, but existing fluid of the thermal switch 2 is closed again.
  • the time period ⁇ t 1 , ⁇ t 2 and ⁇ t 3 may be calculated or determined experimentally.
  • the method according to the invention can also be carried out alternatively without the third time period ⁇ t 3 , if the control 6 can determine during the second time period ⁇ t 2 whether the thermal switch 2 and the melt flow fuse 5 are closed.
  • the control relay 11 is located in the control 6 in the circuit of the heating block 10 and serves to shut off the heating block 10 after the first time period .DELTA.t. 1
  • the safety relay 12 is also located in the control 6.
  • the safety relay 12 is energized by the circuit through the safety temperature limiter 14. If the safety relay 12 is de-energized, it opens the circuit through the heating block 10. Parallel to the safety temperature limiter 14, a voltage measurement 13 is present.
  • the thermal switch 2 After the lapse of the first time period ⁇ t 1 , during the second time period ⁇ t 2, it is continuously measured by means of the voltage measurement 13 whether the thermal switch 2 is closed and the hot melt fuse 5 is intact. If the safety temperature limiter 14 is closed, the voltage is zero. If the safety temperature limiter 14 is open, the mains voltage is present. If the thermal switch 2 and the melt flow fuse 5 are closed during the entire second time period ⁇ t 2 , this is equivalent to a proper operation (flowing fluid present). There is fluid in the water heater 1, but there is no flow, so the switching temperature T s of the thermal switch 2 is exceeded, but not in the course of the higher melting temperature T Sch of the melt flow fuse 5, which accordingly does not melt (line I). By opening the thermal switch 2 opens the safety relay 12. The control 6 switches the heating block 10 by means of control relay 11 permanently. If the thermal switch 2 cools down again, the safety relay 12 is energized again, but the heating block 10 remains switched off.
  • the determination of the times can also be determined experimentally by means of a defined procedure.
  • dry firing at least the factors initial / ambient temperature at the beginning of the start-up of the instantaneous water heater and the supply voltage have an influence on the temperature profile in the instantaneous water heater.
  • at maximum permissible supply voltage with at least three different, predetermined time periods .DELTA.t 1 of the water heater is operated in a dry fire and continuously detected at the position of the fuse 5, the temperature occurring. This measurement continues to be performed at various initial / ambient temperatures. For each measurement, the maximum temperature that has occurred at the position of the fuse 5 is determined. This makes it possible to determine a suitable time periods ⁇ t 1 , ⁇ t 2 and ⁇ t 3 .

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermeidung von Trockenbrand bei elektrischen Durchlauferhitzern.
  • Bei Trockenbrand führt das fehlende Fluid dazu, dass der Heizkörper eines elektrischen Durchlauferhitzern durch Überhitzung zerstört wird.
  • DE 4142838 A1 zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer mit einem Flügelrad zur Erfassung des Durchflusses durch den Durchlauferhitzer bekannt. Bei einem Unterschreiten eines bestimmten Mindestdurchflusses soll die Energieversorgung abgeschaltet werden. Um die Trägheit des Flügelrades zu berücksichtigen, ist eine Zeitschaltung vorgesehen, die erst nach anderthalb Sekunden das Signal eines zu geringen Volumenstroms zum Abschalten der Energiezufuhr nutzt. Auch der aus EP 948015 A2 bekannte Durchlauferhitzer wird mittels eines Temperaturwächters, welcher bei unzulässig hohen Temperaturen aufgrund von mangelhaftem Wasserzulauf reagiert, geschützt.
  • DE 1440482 offenbart einen Durchlauferhitzer, bei dem seriell zu den Heizleitern Schmelzleiter angebracht sind, welche früher schmelzen als die Heizleiter, um diese zu schützen.
  • Zur Vermeidung von Trockenbrand bei elektrischen Durchlauferhitzern verfügen diese häufig über einen Sicherheitstemperaturbegrenzer, der aus einer Schmelzsicherung und einem thermischen Schalter, welcher bei einer bestimmten Temperatur öffnet und auch bei Abkühlung wieder schließt, besteht. Der thermische Schalter ist zumeist ein Bimetallschalter, der bei einer vorgegeben Temperatur Ts einen Stromkreis öffnet. Die Schmelzsicherung des Sicherheitstemperaturbegrenzers schmilzt bei einer höheren Temperatur TSch und muss dann ersetzt werden. Wird die Schmelztemperatur deutlich bei einer kritischen Temperatur Tkrit überschritten, so kann es dazu führen, dass das geschmolzene Material wieder eine elektrische Brücke bildet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere Vermeidung von Trockenbrand zu gewährleisten und in diesem Fall ein Nachheizen zu verhindern.
  • Dies wird mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der elektrischen Durchlauferhitzer 1 nur kurzzeitig für eine erste Zeitperiode Δt1 eingeschaltet wird und nach dem Abschalten des elektrischen Durchlauferhitzers eine zweite Zeitperiode Δt2 gewartet wird.
  • So wird gemäß einer ersten Alternative nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 der elektrischen Durchlauferhitzer wieder eingeschaltet. Wird unmittelbar nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 ein Stromfluss gemessen, so ist dies ein Indiz darauf, dass der Sicherheitstemperaturbegrenzer nicht ausgelöst hat und demzufolge Fluid in ausreichendem Maße durch den Durchlauferhitzer strömt. Da alles ordnungsgemäß funktioniert, bleibt der Stromfluss eingeschaltet.
  • Wenn hingegen unmittelbar nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 kein Stromfluss gemessen wird, dieser sich jedoch binnen einer vorgegebenen dritten Zeitperiode Δt3 einstellt, wird auf einen zu geringen Volumenstrom geschlussfolgert. Optional wird dann eine dazugehörige Fehlermeldung ausgegeben.
  • In dem Fall, in dem unmittelbar nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 kein Stromfluss gemessen wird und sich dieser auch binnen einer vorgegebenen dritten Zeitperiode Δt3 nicht einstellt, wird auf Trockenbrand geschlussfolgert. Optional wird dann eine dazugehörige Fehlermeldung ausgegeben. Ferner sollte dann der elektrische Durchlauferhitzer ganz in eine Fehlerposition abgeschaltet werden.
  • Gemäß einer zweiten Alternative wird während der zweiten Zeitperiode Δt2 untersucht, ob der Sicherheitstemperaturbegrenzer ausgelöst hat oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so wird auf einen ordnungsgemäßen Betrieb geschlussfolgert.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen
    • Figur 1 eine Vorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann und
    • Figur 2 den Temperaturverlauf des Durchlauferhitzers mit und ohne Fluid bei der Durchführung des Verfahren.
  • Figur 1 zeigt den Umweltwärmequellen-Kreislauf 3 einer Wärmepumpe. In diesem Kreislauf 3 sind ein elektrischer Durchlauferhitzer 1, eine Umweltwärmequelle 8, ein Verdampfer 9 sowie eine Umwälzpumpe 4 in Reihe geschaltet. Der elektrische Durchlauferhitzer 1 verfügt über einen elektrischen Heizblock 10, welcher an eine Regelung 6 angeschlossen ist. Ferner verfügt der elektrische Durchlauferhitzer 1 über einen Sicherheitstemperaturbegrenzer 14 in Form eines thermischen Schalters 2 und einer Schmelzlotsicherung 5, welche in Reihe geschaltet mit der Regelung 6 verbunden sind. Der thermischen Schalter 2 ist in Form eines Bimetallschalters ausgeführt und derart eingestellt, dass er ab einer vorgegebenen Schalttemperatur TS öffnet. Kühlt der thermische Schalter 2 wieder ab, so wird der Kontakt wieder geschlossen. Die Schmelzlotsicherung 5 schmilzt bei einer höheren Schmelztemperatur TSch. Ein Temperatursensor 7 stromab des elektrischen Durchlauferhitzers 1 sowie die Umwälzpumpe 4 sind ebenfalls mit der Regelung 6 verbunden. Die Regelung 6 verfügt über Mittel zur Feststellung, ob der elektrische Heizblock 10 Strom verbraucht und ob der Stromkreis durch den thermischen Schalter 2 und die Schmelzlotsicherung 5 geöffnet oder geschlossen ist. Hat die Regelung 6 Strom für den elektrischen Heizblock 10 freigeben, so kann sie zugleich messen, ob ein Strom fließt oder der Stromkreis zum elektrischen Heizblock 10 unterbrochen ist.
  • Beim Betrieb der nicht näher dargestellten Wärmepumpe wird die Umwälzpumpe 4 des Umweltwärmequellen-Kreislaufs 3 gestartet. Umweltwärme wird von der Umweltwärmequelle 8 auf den Umweltwärmequellen-Kreislaufs 3 übertragen und im Verdampfer 9 auf den nicht dargestellten Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe übertragen.
  • Droht ein Vereisen des Umweltwärmequellen-Kreislaufs 3, was mittels des Temperatursensors 7 stromab des elektrischen Durchlauferhitzers 1 festgestellt wird, so wird der elektrische Heizblock 10 des Durchlauferhitzers 1 eingeschaltet, um dies zu verhindern.
  • Befindet sich kein Fluid im elektrischen Durchlauferhitzer 1, so droht Trockenbrand. Bei elektrischen Durchlauferhitzern 1 gemäß dem Stand der Technik erhitzen sich der thermische Schalter 2 und die Schmelzlotsicherung 5 bei Trockenbrand derartig, dass der thermische Schalter 2 öffnet und die Schmelzlotsicherung 5 schmilzt. Die Schmelzlotsicherung 5 muss dann ausgetauscht werden, damit der elektrische Durchlauferhitzer 1 wieder betrieben werden kann.
  • Figur 2 zeigt den Temperaturverlauf bei verschiedenen Konstellationen. Linie III zeigt den Temperaturverlauf des elektrischen Durchlauferhitzers 1 bei Trockenbrand gemäß Stand der Technik. Zum Zeitpunkt t0 wird die Heizwendel 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 eingeschaltet. Nach einer kurzen Verzögerung steigt die Temperatur. Die Schalttemperatur TS wird überschritten, so dass der thermische Schalter 2 öffnet. Da die Wärme des Heizblocks nicht durch ein Fluid abgeführt werden kann, steigt die Temperatur zunächst innerhalb des elektrischen Durchlauferhitzers 1 weiter, bis auch die Schmelztemperatur TSch an der Schmelzlotsicherung 5 erreicht wird, so dass diese schmilzt. Aufgrund der typischerweise hohen Wärmekapazität des elektrischen Durchlauferhitzers 1 wird durch den hohen Energieeintrag im weiteren Verlauf auch die kritische Temperatur Tkrit überschritten, bei welcher es zu einem Wiederdurchschalten der Schmelzlotsicherung 5 kommen kann, wenn Lot eine elektrische Brücke bildet. Bei einem Abkühlen schließt der thermische Schalter 2 wieder. Hat das Lot der Schmelzlotsicherung 5 einen Kontakt gebildet, so erkennt die Regelung 6 dies und schaltet bei Wärmebedarf die Heizwendel 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 wieder ein und der Vorgang beginnt erneut. Dadurch steigt die Temperatur des Heizblocks 10 so lange, bis es letztendlich zu einem vollständigen Versagen des Heizblocks 10 kommt. Mögliche Konsequenzen sind ein Totalausfall des Gerätes und andere Folgeschäden.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung von Trockenbrand soll eine Brückenbildung nach dem Schmelzen der Schmelzlotsicherung 5 vermieden werden und dabei der Fluidmangel wirksam erkannt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht hierfür vor, dass nur kurzzeitig der Heizblock 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 bestromt wird, so dass bei Fluid im Durchlauferhitzer ein Schmelzen der Schmelzlotsicherung 5 ausgeschlossen ist. Hierzu wird zunächst die Umwälzpumpe 4 eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t0 wird der Heizblock 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 eingeschaltet und dann nach einer ersten Zeitperiode Δt1 wieder abgeschaltet.
  • Befindet sich Fluid im Umweltwärmequellen-Kreislauf 3, so steigt zunächst die Temperatur, bleibt jedoch im weiteren Verlauf sowohl unterhalb der Schalttemperatur TS, als auch der Schmelztemperatur TSch; dies zeigt Linie IV. Nach Ablauf einer zweiten Zeitperiode Δt2, in welcher der Heizblocks 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 abgeschaltet ist, wird der Heizblocks 10 wieder eingeschaltet. Da sowohl der thermische Schalter 2 geschlossen, als auch die Schmelzlotsicherung 5 intakt ist, fließt ein Strom durch den ordnungsgemäß funktionierenden Durchlauferhitzer 1. Demzufolge weiß die Regelung 6 aufgrund des geschlossenen Stromkreises durch den thermischen Schalter 2 und die Schmelzlotsicherung 5, dass Fluid vorhanden ist und lässt den Heizblock 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 eingeschaltet. Das Heizverhalten wird dann mittels des Temperatursensors 7 stromab des elektrischen Durchlauferhitzers 1 überwacht und gegebenenfalls geregelt oder bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur abgeschaltet.
  • Befindet sich Fluid im Durchlauferhitzer 1, aber es erfolgt kein Volumenstrom, da beispielsweise die Umwälzpumpe 4 nicht läuft, so wird zwar die Schalttemperatur Ts des thermischen Schalters 2 überschritten, im weiteren Verlauf jedoch nicht die höhere Schmelztemperatur TSch der Schmelzlotsicherung 5, die demzufolge nicht schmilzt. Ein Weiterbetrieb des Heizblocks 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 nach dem Abstellen des Fehlers des Volumenstrommangels ist möglich, da der thermische Schalter 2 sich selbstständig zurücksetzt. Dies zeigt Linie I. Wird nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 kein Stromfluss gemessen wird, so wird eine dritten Zeitperiode Δt3 abgewartet. Stellt sich dann ein Stromfluss ein, so wird auf einen zu geringen Volumenstrom geschlussfolgert und eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
  • Befindet sich überhaupt kein Fluid im Umweltwärmequellen-Kreislauf 3, so steigt die Temperatur wegen der geringer Wärmekapazität durch das fehlende Wasser weiter. Es werden sowohl die Schalttemperatur TS, als auch Schmelztemperatur TSch überschritten. Durch die kurze Bestromung während der ersten Zeitperiode Δt1 wird die kritische Temperatur Tkrit nicht überschritten. Dies zeigt Linie II. Nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 wird kein Stromfluss gemessen. Dieser stellt sich binnen der vorgegebenen dritten Zeitperiode Δt3 nicht ein, so dass auf Trockenbrand geschlussfolgert und eine dazugehörige Fehlermeldung ausgegeben wird. Der Heizblocks 10 des elektrischen Durchlauferhitzers 1 bleibt dann abgeschaltet.
  • Die erste, zweite und dritte Zeitperiode Δt1, Δt2 und Δt3 sind gerätespezifisch zu bestimmen. Durch die Heizleistung des Heizblocks 10 und die erste Zeitperiode Δt1 wird die eingebrachte Wärmemenge bestimmt. Aus der Wärmekapazität und Masse des Heizblocks 10 ergibt sich dessen Aufheizverhalten. Dementsprechend ist die erste Zeitperiode Δt1 so zu bestimmen, dass bei Trockenbrand in den nächsten Sekunden zwar die Schalttemperatur TS überschritten wird, nicht jedoch die Schmelztemperatur TSch. Die zweite Zeitperiode Δt2 muss derart gewählt werden, dass nach ihr kein Anstieg der Temperatur mehr zu erwarten ist. Die dritte Zeitperiode Δt3 muss letztendlich derart gewählt werden, dass im Fall eines nicht strömenden, aber vorhandenen Fluids der thermischen Schalters 2 wieder geschlossen wird. Die Zeitperiode Δt1, Δt2 und Δt3 sind können berechnet oder experimentell bestimmt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch alternativ ohne die dritte Zeitperiode Δt3 erfolgen, wenn die Regelung 6 während der zweiten Zeitperiode Δt2 feststellen kann, ob der thermische Schalter 2 und die Schmelzlotsicherung 5 geschlossen sind. Hierzu bedarf es einer Vorrichtung nach Figur 3 mit einem Regelrelais 11 und einem Sicherheitsrelais 12. Das Regelrelais 11 befindet sich in der Regelung 6 im Stromkreis des Heizblocks 10 und dient der Abschaltung des Heizblocks 10 nach der ersten Zeitperiode Δt1. Das Sicherheitsrelais 12 befindet sich ebenfalls in der Regelung 6. Das Sicherheitsrelais 12 wird vom Stromkreis durch den Sicherheitstemperaturbegrenzer 14 bestromt. Ist das Sicherheitsrelais 12 stromlos, so öffnet es den Stromkreis durch den Heizblock 10. Parallel zum Sicherheitstemperaturbegrenzer 14 ist eine Spannungsmessung 13 vorhanden. Nach dem Ablauf der ersten Zeitperiode Δt1 wird während der zweiten Zeitperiode Δt2 kontinuierlich mittels der Spannungsmessung 13 gemessen, ob der thermische Schalter 2 geschlossen und die Schmelzlotsicherung 5 intakt sind. Ist der Sicherheitstemperaturbegrenzer 14 geschlossen, so beträgt die Spannung Null. Ist der Sicherheitstemperaturbegrenzer 14 hingegen geöffnet, so liegt die Netzspannung an. Ist während der gesamten zweiten Zeitperiode Δt2 der thermische Schalter 2 und die Schmelzlotsicherung 5 geschlossen, so ist dies gleichbedeutend mit einem ordnungsgemäßen Betrieb (strömendes Fluid vorhanden).
    Befindet sich Fluid im Durchlauferhitzer 1, aber es erfolgt kein Volumenstrom, so wird zwar die Schalttemperatur Ts des thermischen Schalters 2 überschritten, im weiteren Verlauf jedoch nicht die höhere Schmelztemperatur TSch der Schmelzlotsicherung 5, die demzufolge nicht schmilzt (Linie I). Durch das Öffnen des thermischen Schalters 2 öffnet das Sicherheitsrelais 12. Die Regelung 6 schaltet den Heizblock 10 mittels Regelrelais 11 dauerhaft ab. Kühlt der thermische Schalter 2 wieder ab, so wird zwar das Sicherheitsrelais 12 wieder bestromt, der Heizblock 10 bleibt jedoch abgeschaltet.
  • Befindet sich überhaupt kein Fluid im Umweltwärmequellen-Kreislauf 3 (Linie II), so wird mindestens der thermische Schalter 2 geöffnet und wahrscheinlich auch die Schmelzlossicherung 5, wodurch das Sicherheitsrelais 12 öffnet und die Regelung 6 ebenfalls den Heizblock 10 dauerhaft abschaltet.
  • Bei der experimentellen Bestimmung kann alternativ zu Simulationen die Bestimmung der Zeiten auch mittels eines definierten Vorgehens experimentell bestimmt werden. Einfluss auf den Temperaturverlauf im Durchlauferhitzer bei Trockenbrand haben zumindest die Faktoren Initial-/Umgebungstemperatur zu Beginn der Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers sowie die Versorgungsspannung. Zunächst wird bei maximal zulässiger Versorgungsspannung mit mindestens drei unterschiedlichen, vorgebenen Zeitperioden Δt1 der Durchlauferhitzer im Trockenbrand betrieben und kontinuierlich an der Position der Schmelzsicherung 5 die auftretende Temperatur erfasst. Diese Messung wird weiterhin bei verschiedenen Initial-/Umgebungstemperaturen durchgeführt. Bei jeder Messung wird die jeweils maximal aufgetretene Temperatur an der Position der Schmelzsicherung 5 ermittelt. Hierdurch lassen sich eine geeignete Zeitperioden Δt1, Δt2 und Δt3 bestimmten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Durchlauferhitzer
    2
    Thermischer Schalter
    4
    Umweltwärmequellen-Kreislauf
    5
    Umwälzpumpe
    6
    Schmelzlotsicherung
    7
    Regelung
    7
    Temperatursensor
    8
    Umweltwärmequelle
    9
    Verdampfer
    10
    Elektrischer Heizblock (Heizelement)
    11
    Regelrelais
    12
    Sicherheitsrelais
    13
    Spannungsmessung
    14
    Sicherheitstemperaturbegrenzer

Claims (4)

  1. Verfahren zur Vermeidung von Trockenbrand bei einem elektrischen Durchlauferhitzer (1) mit einem Heizblock (10) in einem hydraulischen Kreislauf (3), in dem sich eine Umwälzpumpe (4) befindet, sowie mit einer Schmelzlotsicherung (5) und einem thermischen Schalter (2), welche elektrisch seriell geschaltet sind und thermisch leitend mit dem Heizblock (10) verbunden sind, wobei der thermische Schalter (2) oberhalb einer vorgegebenen Schalttemperatur TS öffnet, und die Schmelzlotsicherung (5) bei einer höheren, vorgegebenen Temperatur TSch schmilzt, wobei ein Stromfluss durch die Schmelzlotsicherung (5) und den thermischen Schalter (2) gemessen wird und im Falle einer Stromunterbrechung der Heizblock (10) abgeschaltet wird, wobei die Umwälzpumpe (4) eingeschaltet wird, dann der Heizblock (10) für eine erste Zeitperiode Δt1 eingeschaltet wird und nach dem Abschalten des Heizblocks (10) eine zweite Zeitperiode Δt2 gewartet wird, wobei
    • entweder nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 der Heizblock (10) wieder eingeschaltet wird und
    o in dem Fall, dass unmittelbar nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 ein Stromfluss durch die Schmelzlotsicherung (5) und den thermischen Schalter (2) gemessen wird, der Stromfluss durch den Heizblock (10) eingeschaltet bleibt,
    o während in dem Fall, dass unmittelbar nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 kein Stromfluss durch die Schmelzlotsicherung (5) und den thermischen Schalter (2) gemessen wird, dieser sich jedoch binnen einer dritten Zeitperiode Δt3 einstellt, auf einen zu geringen Volumenstrom geschlussfolgert wird
    • oder innerhalb der Zeitperiode Δt2 geprüft wird, ob ein Stromfluss durch die Schmelzlotsicherung (5) und den thermischen Schalter (2) erfolgt und
    o in dem Fall, in dem innerhalb der zweiten Zeitperiode Δt2 kein Stromfluss durch die Schmelzlotsicherung (5) und den thermischen Schalter (2) erfolgt, auf einen Trockenbrand geschlussfolgert wird,
    o während in dem Fall, in dem innerhalb der gesamten zweiten Zeitperiode Δt2 ein Stromfluss durch die Schmelzlotsicherung (5) und den thermischen Schalter (2) erfolgt, der Stromfluss durch den Heizblock (10) wieder eingeschaltet wird.
  2. Verfahren zur Vermeidung von Trockenbrand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 der Heizblock (10) wieder eingeschaltet wird, in dem Fall, dass unmittelbar nach dem Verstreichen der zweiten Zeitperiode Δt2 kein Stromfluss gemessen wird, dieser sich auch binnen einer vorgegebenen dritten Zeitperiode Δt3 nicht einstellt, auf Trockenbrand geschlussfolgert wird.
  3. Verfahren zur Vermeidung von Trockenbrand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn auf einen zu geringen Volumenstrom oder Trockenbrand geschlussfolgert wird eine dazugehörige Fehlermeldung ausgegeben wird.
  4. Verfahren zur Vermeidung von Trockenbrand nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn auf Trockenbrand geschlussfolgert wird, der Heizblock (10) des elektrischen Durchlauferhitzers (1) abgeschaltet wird.
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