EP4025842A1 - Warmwasserbereiter und verfahren zum steuern eines warmwasserbereiters - Google Patents

Warmwasserbereiter und verfahren zum steuern eines warmwasserbereiters

Info

Publication number
EP4025842A1
EP4025842A1 EP20768329.3A EP20768329A EP4025842A1 EP 4025842 A1 EP4025842 A1 EP 4025842A1 EP 20768329 A EP20768329 A EP 20768329A EP 4025842 A1 EP4025842 A1 EP 4025842A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water heater
resistance
heating
control device
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20768329.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Wojciechowski
Moritz HOLTDIRK
Alexander Janzen
Michael Schoppe
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.)
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stiebel Eltron GmbH and Co KG filed Critical Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Publication of EP4025842A1 publication Critical patent/EP4025842A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • F24H1/102—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 with resistance
    • F24H1/103—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 with resistance with bare resistances in direct contact with the fluid
    • 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
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • 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
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • 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
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1818—Arrangement or mounting of electric heating means
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04—Sensors
    • 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
    • F24H15/124—Preventing or detecting electric faults, e.g. electric leakage
    • 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
    • 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
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/215—Temperature of the water before heating
    • 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
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/219—Temperature of the water after heating
    • 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
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/238—Flow rate
    • 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
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/305—Control of valves
    • F24H15/31—Control of valves of valves having only one inlet port and one outlet port, e.g. flow rate regulating valves
    • 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
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/395—Information to users, e.g. alarms
    • 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
    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based

Definitions

  • the invention relates to an electric, in particular electronic, water heater and a method for controlling an electric, in particular electronic, water heater, preferably such water heaters with live radiator surfaces in the water. While the invention is described particularly for such instantaneous water heaters, it is also used for other fluid-carrying household technology devices.
  • Water heaters are fluid-carrying household technology devices such as, for example, instantaneous water heaters, which are used, for example, to generate hot water using, in particular, electrical energy.
  • a flow heater comprises one or more electrical heating elements, with the aid of which, depending on the electrical power supplied to the heating elements, a fluid, typically water, passed through channels in the flow heater can be heated to a desired, presettable temperature.
  • Instantaneous water heaters deliver hot water without standby losses because they only heat water when hot water is needed.
  • Modern instantaneous water heaters are either equipped with a bare wire heating element or with a metal-sheathed heating element.
  • the size of these leakage currents depends, among other things, on the conductivity of the water flowing through the channels. Furthermore, with a bare wire heating element system, there is the Risk of overheating of the wire element if air bubbles get into the device with the water.
  • EP 2 840 404 proposes a control device which comprises an evaluation unit set up to determine a hypothetical leakage current value on the basis of the conductivity value and at least one predetermined, design-related device parameter, and which is adapted to measure the heating power of the Reduce bare wire heating device if the hypothetical leakage current value exceeds a specified leakage current threshold value.
  • determining the hypothetical leakage current value it is possible to precisely determine the leakage current actually flowing to earth, depending on the conductivity value and the device parameter, and only if the specified leakage current threshold value is exceeded by reducing the heating power of the bare wire heating device, the leakage current actually flowing to earth to reduce.
  • the disadvantage of the known control device is that the controlled variable (leakage current) deviates from the measured variable (conductivity value) and the fact that no measures are taken to avoid damage due to overheating of the wire element due to air bubbles.
  • WO 2014/098943 A1 proposes arranging an optical sensor in a flow heater with a bare wire element in order to detect a glowing wire.
  • a disadvantage of using an optical sensor is the fact that the costs increase due to the acquisition of the optical sensor and the necessary structural changes to known instantaneous water heaters. In addition, it is very expensive to monitor the entire area of the heating element extending over a relatively wide line section, since several optical sensors would have to be used for this.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a water heater with live radiator surfaces in the water and an associated method for controlling which at least partially avoids the disadvantages described above.
  • an instantaneous water heater is to be provided which enables safe operation in such a way that neither the domestic technology appliance is damaged nor a user is impaired.
  • this object is achieved by a water heater according to claim 1 and a method according to claim 10.
  • Preferred configurations are defined in the subclaims.
  • a water heater is proposed with a flow channel that includes a heating section, a heating element, in particular a bare wire heating element, which is arranged in the area of the heating section, a measuring sensor that has two electrodes that are spaced apart and reaching into the flow channel, and for measuring a resistance a fluid flowing through the flow channel is formed by applying an alternating voltage between the two spaced apart electrodes; and an electronic control device for controlling the electric water heater, the electronic control device being designed to control a heating output of the heating element as a function of the measured resistance, in particular to interrupt the heating output when the resistance falls below a threshold value.
  • comparison and / or threshold values of the resistance can be permanently predefined in the control device of the instantaneous water heater, so that no further calculation is necessary.
  • the measured values provided by the measuring sensor, in particular resistance values, are particularly preferably already suitable for direct comparison with the comparison value defined in the control device.
  • Resistance measurement is particularly easy here using the measuring sensor, which has two electrodes. Two electrodes of the measuring sensor are in contact with the fluid in the flow channel, in particular with water. By applying a voltage between them, the resistance between them can be determined directly via the flowing current. The application of an alternating voltage reduces to advantageous Way the material deposits on the electrodes, so that safe operation is also possible over the life of the water heater.
  • the threshold value can preferably be set via an adjustable potentiometer or an adjustable resistor on the board. This means that different upstream and downstream sections can be mapped and different types of water heaters can be differentiated using the adjustable resistance without the need for further adjustments, for example to the evaluation electronics or control.
  • the threshold value and / or the calculation is entered, adapted or changed via an update, in particular from a host computer or server / company server via the Internet or with other data transmission devices.
  • a local update on the device by means of a data carrier is a further advantageous exemplary embodiment in order to upload an update to a parameterization of the threshold value and other data on the water heater.
  • Even the calculation algorithm can be changed with an update.
  • the update can alternatively or additionally take place via radio transmission, in particular in a local network such as in a W-LAN, or via short-range radio such as NFC and / or Bluetooth and the like.
  • a threshold value is also advantageously stored or set, advantageously dynamic or sliding, which depends on external parameters that are exchanged with the hot water device via the intranet or other data transmission.
  • the threshold value can depend on an availability value of energy from power grids, temperatures of water or an environment, the season, the time of day, a tide, a water level of the groundwater or a water level of a sea, river or lake or other framework conditions. This advantageously controls or regulates that the water heater receives, determines or calculates a dependent threshold value from these parameters or one of these parameters. This particularly affects the performance of the water heater.
  • a threshold value range is advantageously specified for the threshold value, with a minimum threshold value and / or a maximum threshold value.
  • the threshold value can advantageously not be set above the maximum threshold value and / or the threshold value cannot be set below the minimum threshold value by means of an update or setting on the potentiometer.
  • At least one, the maximum threshold value and / or the minimum threshold value correspond to a permissible value, in particular one approved by a plant, an authority or a licensing institute, or an advantageously approved value range.
  • the electric water heater is preferably one with live heating element surfaces in the water.
  • the solution according to the invention enables safe operation of the water heater, since no leakage currents are conducted to the user.
  • the solution according to the invention can provide additional security if a ground connection of the water heater is not connected or is not connected properly.
  • the resistance measurement or a first resistance measurement takes place in particular at the start of a tapping process on the flow heater, that is to say before the point in time at which the heating element is supplied with current.
  • the heating element is therefore preferably only supplied with current when the additional components have been initialized and the resistance measurement has been carried out.
  • the water heater is preferably also designed to detect steam or air bubbles in the flow channel, for example in that a resistance between the electrodes exceeds a certain threshold value. Even if air occurs in the flow channel, the instantaneous water heater according to the invention can ensure reliable operation, for example interrupting the electrical heating output to the heating element.
  • the control device is preferably set up to determine whether the measured resistance (also referred to as actual value here) is below, within or above a predefined setpoint range and to control the heating power of the heating element, preferably bare wire heating element, as a function thereof.
  • the invention is based, in particular, on the knowledge that by measuring a resistance and specifying a target value range for which a measured resistance can be below, within and above (ie the target value range in particular does not include the value “zero”) both air or bubbles in of the line can be detected and a possibly excessive leakage current value can be recognized and the heating output can be adjusted accordingly. Furthermore, no calculation such as that of a hypothetical leakage current is necessary. With little software and hardware outlay, error states of the domestic technology device described here can thus be determined with high reliability in order to take appropriate countermeasures such as reducing the heating power or switching off the device in order to protect the user or the device from damage. For the purposes of the invention, all sensors that can determine a variable that is dependent on the electrical resistance are suitable as measuring sensors.
  • conductivity sensors and other add-on parts of the water heater such as heating bolts, temperature sensors, measuring probes, inlet / outlet pipe, cooling pipe, locking / latching clips, pressure sensors, axis of motor valve, throttle screw, separate screws, etc.
  • a warning signal can also be sent to a receiving unit.
  • the receiving unit is preferably a receiving unit that can be perceived visually or acoustically by a user of the building services appliance, such as one or more display devices (displays), one or more lights, one or more buzzer / vibration motors and / or one or more loudspeakers.
  • target value range the following ranges, indicated here as (specific) resistance values, apply (lower and upper limits are each included in the target value range): 200 to 1200 ⁇ cm, preferably 350 to 1000 ⁇ cm, more preferably 450 to 900 ⁇ cm.
  • the target value ranges are usually dependent on national specifications, so that target values can also be, for example, in the range from 100 to 2000 ⁇ cm.
  • the control device preferably having a microprocessor, has a starting operating state.
  • the heating output is (only) activated (heating release) if the actual value is within the setpoint range. In this case, for example, warm water can be tapped. If the actual value is outside the setpoint range, the heating device remains off and, if necessary, a first warning signal can be sent to a receiving unit. This avoids error states of the type mentioned here.
  • the starting operating state is activated as soon as the control device receives a hot water request signal (for example by corresponding tap position and / or detection of a flow in the fluid-carrying line).
  • the domestic technology device can have a flow sensor to detect a flow.
  • the flow state it is also possible for the flow state to be determined on the basis of a tap position, an open hot water position indicating that fluid is flowing through the fluid-carrying line arranged in the housing.
  • the control device has a heating operating state. The heating mode is activated after the heating release has been issued.
  • the heating mode is only ended when the hot water request is ended, which can be detected, for example, by the flow sensor described above. If one of the errors described here is present, the heating mode is terminated before the hot water request is terminated.
  • control device has an error operating state in which the heating power is at least partially and preferably completely reduced when the actual value is outside the setpoint range.
  • An error operating state can preferably (only) be reset by terminating the hot water request, i.e. for example closing a tap. This means that when the hot water request is ended, the control device switches to the idle state and is ready for a new hot water request. The control device is set to the starting operating state by receiving a hot water request signal again. The functional sequence mentioned at the beginning is repeated.
  • the error operating state can only be enabled by a manual reset by a user or a technician. This further increases the safety of the operation.
  • the control device is set up to repeatedly, preferably continuously, determine whether a repeatedly or continuously measured resistance is below, within or above a predefined setpoint range, in particular when the control device is in the heating operating state.
  • the term “repeated” relates to at least two, preferably at least four, cycles of acquisition and / or comparison that have been carried out, whereby, for example, a mean value or some other processing can take place for the signal output of the control device.
  • the term “continuously” describes cycles of recording and / or balancing that are repeatedly carried out at predefined time intervals until the end of the dispensing process. The time intervals are preferably as short as desired, so that one speaks of a continuous measurement.
  • all of the continuous determinations are carried out as at least two, preferably at least four, repeated cycles of acquisition and / or comparison. By this measure safe operation of the building services device is guaranteed for the entire duration of the hot water request.
  • the specific resistance therefore gives a characteristic number about dirty or contaminated water.
  • the preferred at least two, preferably at least four, sequences of measurements relate to the communication between the different software. It is about avoiding EMC influences / disturbances, communication problems, etc.
  • the control device is set up to issue a second warning signal when the determined actual value of the predefined setpoint range is undershot and / or a third warning signal when the determined actual value of the predefined setpoint range is exceeded and / or within a predefined time period and at a to send a fourth warning signal to the receiving unit via an actual value fluctuating over a permissible degree of fluctuation.
  • This embodiment is based on the relationship that water with a high salt content has a high conductivity or a low electrical resistance than a corresponding fluid with a lower salt content and air has a relatively low conductivity or a relatively high electrical resistance compared to water. If the measured resistance falls below the target value range, this is indicative of a relatively high conductivity and thus the second warning signal indicates an excessively high salt load in the fluid (in particular water) or a possibly high leakage current.
  • a high salt content results in a high conductivity - corresponding to a low resistance, which means that the target value is not reached.
  • a low salt content results in a low conductivity - corresponding to a high resistance, which means that the setpoint is exceeded.
  • the third warning signal thus indicates the presence of air in the line or the risk of overheating.
  • a fluctuation is indicative of air bubbles in the pipe system.
  • the fourth warning signal indicates this and an associated risk of overheating.
  • the predefined, permissible degree of fluctuation (for example, maximum permissible amplitude and / or number of amplitudes within a predefined time period) can be determined by corresponding Tests are carried out in which the line is flowed through with air-free water and water containing air bubbles and the actual value is plotted over time.
  • the first warning signal, second warning signal, third warning signal and fourth warning signal can be different from one another or identical, depending on the desired degree of information with regard to a possible cause of the error.
  • the control device has protection against manipulation.
  • the control device is set up to short-circuit the measuring sensor or its cable, pull off the measuring sensor cable, pull off the power supply of the control device and / or break the cable from the measuring sensor or power supply detect.
  • a resistance that is too small can indicate a short circuit and a resistance that is too high can indicate a broken cable or a cable that is not connected or disconnected.
  • the measuring sensor according to a further embodiment of the invention is part of a measuring device that is galvanically isolated from the control device.
  • the flow channel has an upstream section, the heating section and a downstream section, the measuring sensor being arranged in the downstream section.
  • a temperature correction i.e. taking into account the temperature dependency of the conductivity
  • the measuring sensor can be arranged in the upstream path. This only requires an adaptation of the resistor, for example a resistor bridge on a circuit board.
  • the measuring sensor has two electrodes that are spaced apart from one another. These can be spaced apart from one another along the flow channel, longitudinally or transversely to the flow channel.
  • the electrodes are particularly preferably orthogonal to the flow channel, that is to say spaced perpendicular to the direction of flow. This has particular advantages in terms of pressure loss, especially in the case of small flow channels.
  • the leakage current also prevents the measurement current from being influenced.
  • the electrodes can be formed from all electrically conductive and water-bearing components. All components of the electrodes are preferably drinking water compliant. These can in particular be selected from the group consisting of heating bolts, temperature sensors, measuring probes, inlet and / or outlet pipes, cooling pipes, locking clips, locking clips, pressure sensors, engine valve axes, screws and throttle screws. In principle, it is possible for at least one electrode to be formed by the heating element.
  • the heating element itself is preferably not an electrode of the measuring sensor and, in addition to the heating element, two electrodes are provided for detecting the resistance value.
  • stainless steel such as, for example, stainless steel
  • metal-coated, anodized, chrome-plated and nickel-plated materials such as metals, plastics, non-ferrous metals and sintered materials are also conceivable.
  • a measuring section formed by the electrodes runs transversely to the direction of flow.
  • the measuring section formed by the electrodes represents the shortest connection within the fluid-carrying line between the electrodes.
  • the measuring section preferably runs transversely, in particular, orthogonally to the direction of flow. In this way, interference currents can be prevented and any influence on the flow and pressure losses can be minimized. In addition, the measurement is not influenced by the leakage current.
  • the measuring device is operated with alternating current, such as, preferably, safety extra-low voltage. This avoids undesirable electrolysis effects on the measuring device, in particular on the electrodes. In order to minimize disruptive polarization effects on the measuring device, in particular on the electrodes, it is further preferred that the measuring device is operated in the low-voltage range.
  • the control device comprises a microprocessor which is set up to digitally process the actual value after analog / digital conversion.
  • the object is also achieved by a method for controlling an electrical water heater, in particular an electronic instantaneous water heater for hot water preparation, comprising: detecting a resistance of a fluid flowing through a flow channel of the water heater by means of a measuring sensor which has two spaced apart electrodes reaching into the flow channel and for detecting a resistance of the fluid by applying an alternating voltage between the two spaced apart electrodes; and controlling the heating output of the heating element as a function of the detected resistance, in particular interrupting the heating output when the resistance falls below and / or exceeds a threshold value.
  • the method according to the invention therefore does not necessarily require data processing of the detected resistance. Rather, it is sufficient that it is determined for the detected value, for example by means of a resistance bridge, whether the value falls below and / or exceeds a threshold value.
  • 1 shows a schematic view of a flow heater
  • 2 shows a schematic representation of the mode of operation of a flow heater according to the invention
  • 3 shows a circuit diagram for a preferred circuit of a flow heater according to the invention
  • FIG. 4 shows a perspective view of a flange of a flow heater on the hot water outlet side; 5 shows exemplary arrangements of measuring sensors of a flow heater according to the invention.
  • the domestic technology device 100 shows a domestic technology device 100, in particular an electrical instantaneous water heater, with a fluid-carrying line 9, 10, 11, in which a heating element 12 for heating the fluid flowing through the line (9, 10, 11) is located in a line section 9. stretches.
  • the heating element 12 can be designed as a bare wire heating element or tubular heating element, preferably a bare wire heating element.
  • the domestic technology device further comprises a cold water inlet 6 for connection to a water supply line and a hot water outlet 7.
  • the hot water connection 7 can be connected to a water tap via a hot water line (not shown).
  • the heating element 12 is a bare wire element, the line has an upstream section 10 and a downstream section 11 upstream and downstream of the heating element 12.
  • the domestic technology device comprises a measuring sensor 21 and an electronic control device 3.
  • the measuring sensor 21 is designed to detect an electrical resistance.
  • the control device 3 is set up to control a heating power of the heating element 12 taking into account the resistance value and a predefined resistance range.
  • a detected resistance value does not have to be further processed, for example digitized; it is rather sufficient that a setpoint / actual value comparison is carried out, for example using a resistance bridge.
  • a warning signal can be sent to a receiving unit.
  • the receiving unit can be an operating part 5, a warning and / or control lamp arranged on the domestic technology device and / or a mobile terminal of a user (not shown).
  • the measuring sensor 21 is part of a measuring device 20, which is preferably connected electrically isolated from the control device 3.
  • the domestic technology device 100 can furthermore have one, several or the following components shown in FIG. 1.
  • a flow sensor 2 which can be arranged in the line 9, 10, 11, for example in the upstream section 10; and or
  • a valve 1 (shown in FIG. 1 as a motor-operated valve) which can be arranged in the upstream section 10; and or
  • the aforementioned components are preferably functionally coupled to the control device 3, so that the control device 3 in error-free operation (that is, if the measured resistance is within the tolerance range) the heating power from the heating element 12 and / or the valve position from the valve 1 depending on the flow rate and / or inlet and / or outlet temperature of the fluid and / or a desired (predetermined) hot water temperature.
  • the control device queries the measuring device 20 for the (montane) actual value determined by the measuring sensor 21.
  • the control device 3 controls the heating output of the heating element 12 as follows. If the actual value lies in a predefined setpoint range, the heating release H is issued. Otherwise there is an error condition and no NH heating release is given.
  • the measuring device 20 preferably carries out the measurement with a defined measuring voltage (AC). The water resistance and consequently the conductivity of the water can be determined. If the conductivity is too high, no heating release is given and the device switches to the error state - the device does not heat. The error status can be displayed in the control panel 5.
  • AC measuring voltage
  • the error status can be reset by closing the hot water request / tap.
  • the control device 3 is set up in such a way that it is put into the idle state by closing the tap, which in turn can be determined by means of the flow sensor 2.
  • the domestic technology device 100 is ready for a new hot water request and can be switched from the idle state to the above-described start operating state by registering a hot water request. If the water resistance is within the tolerance, the heating release is issued by the control device 3 and the domestic technology device 100 begins the heating process - warm water flows.
  • the preset target temperature can optionally be displayed in the control unit 5.
  • control device 3, measuring device 20, measuring sensor 21 preferably carry out a continuous measurement and repeat the function carried out in the start-up mode.
  • the conductivity of the water is continuously monitored by the developed system.
  • the setpoint / actual value comparison can be carried out by performing two measurements and calculating the arithmetic mean (normal and inverted values).
  • the arithmetic mean of the actual value is compared with the setpoint range.
  • a binary evaluation according to “within tolerance” or “outside of tolerance” is sufficient.
  • the result of the evaluation can be sent by telegram.
  • the setpoint range is preferably parameterizable or adjustable on the software side.
  • the setpoint range (and thus the switch-off limits) are implemented in the software at the factory and that it is not possible for a user or a service technician to manipulate or change the setpoint range.
  • the supply voltage and I 2 C data lines from the domestic technology device 100 to determine the actual value (conductance measurement) are implemented via an I2C connection.
  • a DCDC converter ensures the isolation of the supply voltage and a l 2 C Iso module the isolation of the data line.
  • a 3V3 is preferably used to decouple the rest of the circuit from the DCDC converter Linear regulator provided.
  • This supplies a microcontroller, the secondary I2C component, two driver stages 30 and an amplifier stage 31.
  • the microcontroller generates a 3V3 alternating voltage via the two driver stages 30. This is impressed on a resistor divider consisting of a series resistor Rv and a water resistor Rw.
  • the measurement signal is passed to the microcontroller via the amplifier stage 31, where it is evaluated and passed on to the control device 3 via the I 2 C bus.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a flange 15 on the hot water outlet side of the domestic technology appliance 100 with a measuring sensor 21 designed as electrodes 22, 22 '.
  • Electrically conductive hold-down devices 23 made of sheet metal are fastened to the upper side of the housing of the flange 15 by means of fastening screws 26 and conduct the measuring signal of the measuring sensors 22 , 22 'via cable lug sleeves 24 further.
  • FIG. 5 shows exemplary arrangements of measuring sensors 21 in the form of electrodes 22, 22 'in the domestic technology device 100.
  • Arrangement A represents a Schuko plug version without a metallic hold-down device.
  • the plug 27 protrudes over openings in a component, such as the flange 15, into a fluid-carrying line section which is preferably arranged in the downstream section 11.
  • the plug 27 can be fastened to the component by means of screws, clamps or via the clamping force of the plug 27.
  • the line 11 can be sealed by means of O-rings located on the electrodes 22, 22, a flat seal on each electrode 22, 22 ‘or a large flat seal between the plug 27 and the component (e.g. flange 15).
  • Arrangement B shows a similar arrangement based on the principle of a Schuko socket.
  • the measuring sensors 21, again configured as electrodes 22, 22 ' can be permanently attached - for example by injection molding, casting, gluing, welding - in a fluid-carrying component, so that the measuring sensors 22, 22' protrude into the fluid flowing through the line 11.
  • An electrical spring connection to the electrodes 22, 22 ' can be established by means of plug 27 in order to pick up an electrical signal.
  • electrodes 22, 22 ′ are designed as two screws spaced parallel to one another.
  • the measuring sensor 21 is designed as two electrodes 22, 22 ′ which are coaxially spaced from one another.
  • Arrangement E shows a top view of two electrodes 22, 22 'screwed onto a circuit board as a measuring sensor 21 with conductor tracks for deriving the measurement signal, which can be passed on by means of a snap-in connector that can be connected to the circuit board.
  • the measuring sensor 21 is designed as two electrodes 22, 22 ′ encapsulated in a fluid-carrying component made of plastic.
  • Arrangement G shows an arrangement in which the measuring sensor 21 is formed by a screw 22 and an electrically conductive component (eg water outlet) 22 '.
  • an electrically non-conductive component 28 is arranged at the hot water outlet between two electrically conductive line sections serving as electrodes 22, 22 '.
  • the arrangement can be sealed by means of flat seals.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer (100), insbesondere elektroni- scher Durchlauferhitzer, Heißwassersystem, Trinkwasser-Wärmepumpe, Kleinspeicher, Wandspeicher, Standspeicher und/oder Kochendwassergerät zur Warmwasserbereitung und ein zugehöriges Verfahren. Der Durchlauferhitzer umfasst einen Strömungskanal (9, 10, 11), der eine Heizstrecke (10) umfasst, ein Heizelement (12), insbesondere einem Blankdrahtheizelement, das im Bereich der Heizstrecke angeordnet ist, einen Messsensor (21), der zwei voneinander beabstandete, in den Strömungskanal reichende Elektroden (22, 22') aufweist und zum Messen eines Widerstands eines durch den Strömungskanal (9, 10, 11) strömenden Fluids durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den zwei voneinander beabstandeten Elektroden (22, 22') ausgebildet ist; und eine elektronischen Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern des elektrischen Durchlauferhitzers, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, eine Heizleistung des Heiz- elements (12) in Abhängigkeit des gemessenen Widerstands zu steuern, insbesondere die Heizleistung bei Unterschreiten und/oder Überschreiten eines Schwellwertes des Wider- stands zu unterbrechen.

Description

Warmwasserbereiter und Verfahren zum Steuern eines Warmwasserbereiters
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen, insbesondere elektronischen, Warmwasserbereiter und ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen, insbesondere elektronischen, Warmwasserbereiters, vorzugsweise solche Warmwasserbereiter mit spannungsführenden Heizkörperoberflächen im Wasser. Während die Erfindung besonders für derar- tige Durchlauferhitzer beschrieben ist, so findet sie ebenfalls auf andere fluidführende Haustechnikgeräte Anwendung.
Warmwasserbereiter sind fluidführende Haustechnikgeräte wie zum Beispiel Durchlauferhitzer, die beispielsweise zum Erzeugen von Warmwasser unter Verwendung insbesondere elektrischer Energie eingesetzt werden. Ein solcher Durchlauferhitzer umfasst ein o- der mehrere elektrische Heizelemente, mit Hilfe denen in Abhängigkeit der den Heizelementen zugeführten elektrischen Leistung ein durch Kanäle im Durchlauferhitzer geführtes Fluid, typischerweise Wasser, auf eine gewünschte, voreinstellbare Temperatur erhitzt werden kann. Durchlauferhitzer liefern Warmwasser ohne Standby-Verluste, weil sie Wasser nur dann erhitzen, wenn heißes Wasser benötigt wird. Moderne Durchlauferhitzer sind entweder mit einem Blankdraht-Heizelement oder mit einem mit Metall ummantelten Heizelement ausgestattet. Die Potentialdifferenz zwischen dem Blankdraht und den mit dem Erdpotential elektrisch leitend verbundenen Wasserzulaufkanal bzw. dem Wasserablaufkanal führt während des Betriebs der Heizeinrichtung zu entsprechenden Ableitströmen. Demnach sind Ableitstrecken vorgesehen, so dass insbe- sondere übermäßige elektrische Ableitströme an den mit dem Erdpotential verbundenen Wasserzulauf- und Wasserablaufanschlüssen verhindert werden. Die Größe dieser Ableitströme hängt dabei unter anderem auch von der Leitfähigkeit des durch die Kanäle fließenden Wassers ab. Des Weiteren besteht bei einem Blankdraht-Heizelementsystem die Gefahr der Überhitzung des Drahtelementes, wenn Luftblasen mit dem Wasser in das Gerät gelangen.
Um die Einhaltung eines vorgegebenen Ableitstromgrenzwertes zu überwachen und steuern, schlägt die EP 2 840 404 eine Steuereinrichtung vor, die eine zum Ermitteln eines hypothetischen Ableitstromwertes auf Basis des Leitfähigkeitswertes und mindestens einem, vorgegebenen, bauartbedingten Geräteparameter eingerichtete Auswerteeinheit umfasst und angepasst ist, die Heizleistung der Blankdrahtheizeinrichtung zu reduzieren, sofern der hypothetische Ableitstromwert einen vorgegebenen Ableitstromschwellwert übersteigt. Durch die Ermittlung des hypothetischen Ableitstromwertes sei es möglich, den tat- sächlich gegen Erde fließenden Ableitstrom in Abhängigkeit des Leitfähigkeitswertes und des Geräteparameters exakt zu bestimmen und erst im Falle einer Überschreitung des vorgegebenen Ableitstromschwellwertes durch die Reduktion der Heizleistung der Blankdrahtheizeinrichtung den tatsächlich gegen Erde fließenden Ableitstrom zu reduzieren. Nachteilig an der bekannten Steuereinrichtung ist, dass die Regelgröße (Ableitstrom) von der Messgröße (Leitfähigkeitswert) abweicht sowie die Tatsache, dass keine Maßnahmen zur Vermeidung von Schäden durch Überhitzung des Drahtelementes infolge von Luftblasen getroffen werden.
Um die Gefahr der Überhitzung des Drahtelementes aufgrund von im System vorliegenden Luftblasen zu vermeiden, schlägt die WO 2014/098943 A1 vor, einen optischen Sensor in einem Durchlauferhitzer mit einem Blankdrahtelement anzuordnen, um ein Glühen des Drahts zu erfassen. Ein Nachteil der Verwendung eines optischen Sensors stellt die Tatsache dar, dass die Kosten durch Anschaffung des optischen Sensors und der notwendigen konstruktiven Veränderung bekannter Durchlauferhitzer steigen. Zudem ist es sehr aufwendig, den gesamten Bereich des sich über einen relative breiten Leitungsabschnitt erstreckenden Heizelements zu überwachen, da hierfür mehrere optische Sensoren eingesetzt werden müssten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter mit spannungsführenden Heizkörperoberflächen im Wasser und ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung anzugeben, welche die oben beschriebenen Nachteile zumindest teilweise ver- meidet. Insbesondere soll ein Durchlauferhitzer bereitgestellt werden, der einen sicheren Betrieb so ermöglicht, dass weder das Haustechnikgerät beschädigt noch ein Benutzer beeinträchtigt wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.
In einem Aspekt wird ein Warmwasserbereiter vorgeschlagen mit einem Strömungskanal, der eine Heizstrecke umfasst, einem Heizelement, insbesondere einem Blankdrahtheizelement, das im Bereich der Heizstrecke angeordnet ist, einem Messsensor, der zwei voneinander beabstandete, in den Strömungskanal reichende Elektroden aufweist und zum Messen eines Widerstands eines durch den Strömungskanal strömenden Fluids durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den zwei voneinander beabstandeten Elektroden ausgebildet ist; und einer elektronischen Steuerungseinrichtung zum Steuern des elektrischen Durchlauferhitzers, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Heizleistung des Heizelements in Abhängigkeit des gemessenen Widerstands zu steuern, insbesondere die Heizleistung bei Unterschreiten eines Schwellwertes des Widerstands zu unterbrechen. Erfindungsgemäß kann somit ein einfacher Vergleich stattfinden, der für einen gemessenen Widerstand bestimmt, ob eine kritische Situation vorliegt, beispielsweise der Ableitstrom einen zulässigen Wert überschreitet. Hierfür können Vergleichs- und/oder Schwellwerte des Widerstands fest in der Steuerungseinrichtung des Durchlauferhitzers vordefiniert sein, so dass keine weitere Berechnung notwendig ist. Besonders bevorzugt sind die von dem Messsensor bereitgestellten Messwerte, insbesondere Widerstandswerte, bereits zum unmittelbaren Vergleich mit dem in der Steuerungseinrichtung definierten Vergleichswert geeignet.
Eine Umsetzung ist beispielsweise durch eine einfache Widerstandsbrücke möglich, keine Verarbeitung der Signale ist erforderlich. Anders ausgedrückt, eine Bestimmung des Wi- derstands ist nicht nötig, es reicht, den herrschenden Widerstand, beispielsweise eben durch die Widerstandsbrücke, mit einem voreinprogrammierten Schwellwert zu vergleichen.
Die Widerstandsmessung ist hierbei durch den Messsensor, der zwei Elektroden aufweist, besonders einfach möglich. Zwei Elektroden des Messsensors sind in Kontakt mit dem Fluid in dem Strömungskanal, insbesondere mit Wasser. Indem zwischen diesen eine Spannung angelegt wird, ist der dazwischen anliegende Widerstand direkt über den fließenden Strom bestimmbar. Das Anlegen einer Wechselspannung reduziert auf vorteilhafte Weise die Materialablagerung an den Elektroden, so dass ein sicherer Betrieb auch über die Lebensdauer des Warmwasserbereiters möglich ist.
Vorzugsweise ist der Schwellwert über ein verstellbares Potentiometer bzw. einen einstellbaren Widerstand auf der Platine einstellbar. Damit können unterschiedliche Vor- bzw. Nachlaufstrecken abgebildet werden und unterschiedliche Typen von Warmwasserbereitern über den einstellbaren Widerstand differenziert werden, ohne dass weitere Anpassungen, beispielsweise an der Auswerteelektronik oder Steuerung, benötigt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Schwellwert und/oder die Berechnung über ein Update eingegeben, angepasst oder geändert, insbesondere von einem Leitrechner oder Server/Firmenserver über das Internet oder mit anderen Datenübertragungseinrichtungen. Ein lokales Update am Gerät mittels eines Datenträgers ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, um ein Update zu einer Parametrierung des Schwellwertes und anderer Daten auf den Warmwasserbereiter aufzuspielen. Sogar der Algorithmus der Berechnung ist mit einem Update änderbar. Das Update kann alternativ oder zusätzlich über Funkübertragung, insbesondere in einem lokalen Netzwerk wie in einem W-LAN, oder rüber Nahbereichfunk wie beispielsweise NFC und/oder Bluetooth und ähnliches erfolgen.
Vorteilhaft ist weiterhin ein Schwellwert hinterlegt oder eingestellt, vorteilhaft dynamisch oder gleitend, der abhängig von externen Parametern abhängt, die überdas Intranet oder anderweitige Datenübertragung mit dem Warmwassergerät ausgetauscht werden. So kann der Schwellwert beispielsweise von einem Verfügbarkeitswert von Energie aus Stromnetzen, von Temperaturen eines Wassers oder einer Umgebung, der Jahreszeit, der Tageszeit, einer Tide, einem Wasserstand des Grundwassers oder eines Wasserspiegels eines Meeres, Flusses oder Sees oder anderen Rahmenbedingungen abhängen. Damit wird vorteilhaftgesteuertodergeregelt, dass derWarmwasserbereitervon diesen Parametern oder einem dieser Parameter einen abhängigen Schwellwert erhält, ermittelt oder berechnet. Somit wird insbesondere die Leistung des Warmwasserbereiters beeinflusst.
Vorteilhaft ist ein Schwellwertbereich für den Schwellwert vorgegeben, mit einem Minimalschwellwert und/oder einem Maximalschwellwert. Per Update oder Einstellung am Potentiometer ist der Schwellwert vorteilhaft nicht über den Maximalschwellwert einstellbar und/o- der der Schwellwert ist nicht unter den Minimalschwellwert einstellbar. Zumindest einer, der Maximalschwellwert und/oder der Minimalschwellwert, entsprechen einem zulässigen, insbesondere einem von einem Werk, einer Behörde oder einem Approbationsinstitut zugelassenem Wert oder vorteilhaft zugelassenem Wertebereich. Bei dem elektrischen Warmwasserbereiter handelt es sich vorzugsweise um einen solchen mit spannungsführenden Heizkörperoberflächen im Wasser. Dies kann beispielsweise ein Blankdrahtheizelement sein, bei dem der Kontakt der spannungsführenden Oberfläche gewünscht ist, oder ein Rohrheizkörper, bei dem durch Fehlstellen beispielsweise in der Iso- lierung ein unerwünschter leitender Kontakt mit dem Wasser entsteht. In sämtlichen Fällen ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung einen sicheren Betrieb des Warmwasserbereiters, da keine Ableitströme zu dem Nutzer geführt werden. Zudem kann durch die erfindungsgemäße Lösung eine zusätzliche Sicherheit geschaffen werden, falls ein Masseanschluss des Warmwasserbereiters nicht oder nicht fachgerecht angeschlossen ist. Die Wi- derstandsmessung bzw. eine erste Widerstandsmessung findet insbesondere mit Beginn eines Zapfvorgangs am Durchlauferhitzer statt, das heißt vor dem Zeitpunkt, zu dem das Heizelement mit Strom beaufschlagt wird. Das Heizelement wird demnach vorzugsweise erst dann mit Strom beaufschlagt, wenn die Initialisierung der weiteren Komponenten erfolgt ist und die Widerstandsmessung durchgeführt wurde. Vorzugsweise ist der Warm- wasserbereiter auch dazu ausgebildet, Dampf- oder Luftblasen in dem Strömungskanal zu detektieren, beispielsweise indem ein Widerstand zwischen den Elektroden einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Auch im Falle eines Auftretens von Luft in dem Strömungskanal kann der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer einen sicheren Betrieb gewährleisten, beispielsweise die elektrische Heizleistung an das Heizelement unterbrechen. Die Steuerungseinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, um zu bestimmen, ob der gemessene Widerstand (hier auch als Istwert bezeichnet) unterhalb, innerhalb oder oberhalb eines vordefinierten Sollwertebereichs liegt und in Abhängigkeit davon die Heizleistung des Heizelements, vorzugsweise Blankdrahtheizelements, zu steuern.
Der Erfindung liegt besonders die Erkenntnis zugrunde, dass durch Messen eines Wider- Stands und Angabe eines Sollwertebereichs, zu dem ein gemessener Widerstand unterhalb, innerhalb und oberhalb liegen kann (d.h. der Sollwertebereich umfasst insbesondere nicht den Wert „Null“) sowohl Luft oder Blasen in der Leitung erfasst werden können als auch ein möglicherweise überhöhter Ableitstromwert erkannt werden und entsprechend die Heizleistung angepasst werden kann. Des Weiteren ist keine Berechnung wie beispiels- weise die eines hypothetischen Ableitstroms notwendig. Mit geringem Soft- und Hardwareaufwand können somit mit hoher Zuverlässigkeit hier beschriebene Fehlerzustände des Haustechnikgeräts festgestellt werden, um entsprechenden Gegenmaßnahmen wie eine Reduktion der Heizleistung oder ein Abschalten des Geräts zu ergreifen, um den Nutzer oder das Gerät vor Schaden zu bewahren. Als Messsensor eignen sich für die Zwecke der Erfindung alle Sensoren, die eine von dem elektrischen Widerstand abhängige Größe bestimmen können. Hierzu zählen insbesondere auch Leitfähigkeitssensoren sowie weitere Anbauteile des Warmwasserbereiters, wie beispielsweise Heizbolzen, Temperaturfühler, Messsonden, Ein-/ Auslaufrohr, Kühlrohr, Verschluss-/ Verrastungsklammern, Drucksensoren, Achse von Motorventil, Drosselschraube, separate Schrauben, etc.
Optional kann in Abhängigkeit des gemessenen Widerstands auch ein Warnsignal an eine Empfangseinheit gesendet werden. Bei der Empfangseinheit handelt es sich vorzugsweise um einen durch einen Nutzer des Haustechnikgeräts visuell oder akustisch wahrnehmbare Empfangseinheit wie beispielsweise um einen oder mehrere Anzeigeeinrichtungen (Displays), eine oder mehrere Leuchten, einen oder mehrere Summer/Vibrationsmotoren und/oder einen oder mehrere Lautsprecher.
Hinsichtlich des Sollwertebereichs gelten vorzugsweise nachfolgende, hier als (spezifische) Widerstandswerte angegebene, Bereiche (untere und obere Grenzen sind jeweils im Sollwertebereich enthalten): 200 bis 1200 Qcm, bevorzugt 350 bis 1000 Qcm, weiter bevorzugt 450 bis 900 Qcm. Die Sollwerte bereiche sind üblicherweise abhängig von nationalen Vorgaben, so dass Sollwerte auch beispielsweise in dem Bereich von 100 bis 2000 Qcm liegen können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die, vorzugsweise einen Mik- roprozessor aufweisende, Steuerungseinrichtung einen Startbetriebszustand auf. Im Startbetriebszustand wird die Heizleistung (nur) aktiviert (Heizfreigabe), wenn der Istwert innerhalb des Sollwertebereichs liegt. In diesem Fall kann bspw. warmes Wasser gezapft werden. Liegt der Istwert außerhalb des Sollwertebereichs, bleibt die Heizeinrichtung aus und es kann bei Bedarf ein erstes Warnsignal an eine Empfangseinheit gesendet werden. Da- mit werden Fehlerzustände der hier erwähnten Art vermieden.
Der Startbetriebszustand wird gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aktiviert, sobald die Steuereinrichtung ein Warmwasseranfragesignal (bspw. durch entsprechende Zapfhahnstellung und/oder Detektion einer Strömung in der fluidführenden Leitung) empfängt. Zur Detektion einer Strömung kann das Haustechnikgerät einen Durch- flusssensor aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass der Strömungszustand anhand einer Zapfhahnstellung bestimmt wird, wobei eine offene Warmwasserstellung darauf hinweist, dass Fluid durch die in dem Gehäuse angeordnete fluidführende Leitung fließt. Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinrichtung einen Heizbetriebszustand auf. Der Heizbetriebszustand wird aktiviert, nachdem die Heizfreigabe erteilt wurde. Im fehlerfreien Betrieb (d.h. wenn und solange der Istwert innerhalb des Sollwertebereichs liegt) wird der Heizbetriebszustand erst durch Beendigung der Warmwasseranfrage, die bspw. durch den oben beschriebenen Durchflusssensor de- tektiert werden kann, beendet. Liegt einer der hier näher beschriebenen Fehler vor, wird der Heizbetriebszustand vor Beendigung der Warmwasseranfrage beendet.
Demnach weist die Steuerungseinrichtung gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung einen Fehlerbetriebszustand auf, in dem die Heizleistung wenigstens teilweise und bevorzugt vollständig reduziert wird, wenn der Istwert außerhalb des Sollwertebereichs liegt.
Ein Fehlerbetriebszustand ist vorzugsweise (nur) über Beendigung der Warmwasseranfrage, d.h. bspw. Schließen eines Zapfhahns, zurücksetzbar. Das bedeutet, dass die Steuerungseinrichtung mit Beendigung der Warmwasseranfrage in den Ruhezustand schaltet und für eine erneute Warmwasseranfrage bereit ist. Die Steuerungseinrichtung wird durch erneutes Empfangen eines Warmwasseranfragesignals in den Startbetriebszustand gesetzt. Der eingangs erwähnte Funktionsablauf wiederholt sich.
Alternativ kann der Fehlerbetriebszustand nur über ein manuelles Zurücksetzen durch einen Benutzer oder einen Techniker ermöglicht werden. Hierdurch wird die Sicherheit des Betriebs weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung eingerichtet, wiederholt, vorzugsweise kontinuierlich, zu bestimmen, ob ein wiederholt bzw. kontinuierlich gemessener Widerstand unterhalb, innerhalb oder oberhalb eines vordefinierten Sollwertebereichs liegt, insbesondere, wenn sich die Steuerungseinrichtung im Heizbe- triebszustand befindet. Der Begriff „wiederholt“ bezieht sich auf mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier, durchgeführte Zyklen des Erfassens und/oder Abgleichs, wobei beispielsweise ein Mittelwert oder eine andere Verarbeitung für die Signalausgabe der Steuerungseinrichtung erfolgen kann. Der Begriff „kontinuierlich“ beschreibt wiederholt in vordefinierten Zeitabständen bis zum Ende des Zapfvorgangs durchgeführte Zyklen des Erfassens und/oder Abgleichs. Die Zeitabstände sind hierbei vorzugsweise beliebig kurz, so dass von einer kontinuierlichen Messung gesprochen wird. Vorzugsweise werden alle der kontinuierlichen Bestimmungen als mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier, wiederholte Zyklen des Erfassens und/oder Abgleichs ausgeführt. Durch diese Maßnahme wird ein sicherer Betrieb des Haustechnikgeräts während der gesamten Dauer der Warmwasseranfrage gewährleistet.
Beispielsweise sind Schwankungen in der Wasserqualität der Hintergrund für die Anzahl der kontinuierlichen Messungen. Zusätzlich ist bei dem erfindungsgemäßen Warmwasser- bereiter durch den bestimmten Widerstand daher eine Kennzahl über verschmutztes beziehungsweise verunreinigtes Wasser gegeben.
Die bevorzugten mindestens zwei vorzugsweise mindestens vier Abfolgen der Messungen beziehen sich auf die Kommunikation zwischen der unterschiedlichen Software. Es geht darum, EMV Einflüsse / Störungen, Kommunikationsprobleme, etc. zu vermeiden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung eingerichtet, um bei Unterschreiten des ermittelten Istwerts von dem vordefinierten Sollwertebereich ein zweites Warnsignal und/oder bei Überschreiten des ermittelten Istwerts von dem vordefinierten Sollwertebereich ein drittes Warnsignal und/oder bei innerhalb eines vordefinierten Zeitraums und bei einem über einen zulässigen Schwankungsgrad schwankenden Istwert ein viertes Warnsignal an die Empfangseinheit zu senden. Dieser Ausführungsform liegt der Zusammenhang zugrunde, dass Wasser mit hohem Salzgehalt eine hohe Leitfähigkeit bzw. einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist als ein entsprechendes Fluid mit niedrigerem Salzgehalt und Luft im Vergleich zu Wasser eine relativ niedrige Leitfähigkeit bzw. einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist. Ein Unterschreiten des Sollwertebereichs durch den gemessenen Widerstand ist indikativ für eine relativ hohe Leitfähigkeit und somit weist das zweite Warnsignal auf eine zu hohe Salzfracht im Fluid (insbesondere Wasser) bzw. auf einen eventuell hohen Ableitstrom hin. Anders ausgedrückt, ein hoher Salzgehalt resultiert in einer hohen Leitfähigkeit - entsprechend einem geringen Widerstand, wodurch der Sollwert unterschritten wird. Analog resul- tiert ein geringer Salzgehalt in einer geringen Leitfähigkeit - entsprechend einem hohen Widerstand, wodurch der Sollwert überschritten wird. Ein Überschreiten ist in dem hier skizierten Beispiel also indikativ für eine relativ niedrige Leitfähigkeit, und somit weist das dritte Warnsignal auf die Anwesenheit von Luft in der Leitung bzw. Gefahr der Überhitzung hin. Ein Schwanken ist indikativ für Luftblasen im Leitungssystem. Hierauf und auf eine damit einhergehende Gefahr der Überhitzung weist das vierte Warnsignal hin. Der vordefinierte, zulässige Schwankungsgrad (bspw. innerhalb eines vordefinierten Zeitraums maximal zulässige Amplitude und/oder Anzahl der Amplituden) kann durch entsprechende Versuche ermittelt werden, bei denen die Leitung mit Luftblasen-freiem und Luftblasenhaltigem Wasser durchströmt wird und jeweils der Istwert über die Zeit aufgetragen wird.
Das erste Warnsignal, zweite Warnsignal, dritte Warnsignal und vierte Warnsignal können je nach gewünschtem Informationsgrad hinsichtlich einer möglichen Fehlerursache ver- schieden voneinander oder identisch sein.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungseinrichtung einen Manipulationsschutz auf. Zum Schutz vor Manipulation, einschließlich einer möglichen Fehlbedienung, ist es insbesondere bevorzugt, dass die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, um einen Kurzschluss des Messsensors oder dessen Kabel, ein Abziehen des Messsensorkabels, ein Abziehen der Spannungsversorgung der Steuerungseinrichtung und/oder Kabelbruch von Messsensor oder Spannungsversorgung zu detektieren. Hierbei kann beispielsweise ein zu kleiner Widerstand auf einen Kurzschluss und ein zu großer Widerstand auf einen Kabelbruch, ein nicht angeschlossenes oder abgezogenes Kabel hindeuten. Zum Schutz der Hauptelektronik vor Störeffekten (EMV, Burst, Surge- Effekten), ist der Messsensor gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Teil einer Messeinrichtung, die von der Steuerungseinrichtung galvanisch getrennt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Strömungskanal eine Vorschaltstrecke, die Heizstrecke und eine Nachschaltstrecke auf, wobei der Messsensor in der Nachschaltstrecke angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auf eine Temperaturkorrektur (d.h. Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit) verzichtet werden kann, da in diesem Bereich die Temperatur und damit die Leitfähigkeit bereits den maximal erreichten Wert annimmt. Auch ist in diesem Bereich mit einer höheren Wahrscheinlichkeit mit dem Auftreten von Luftblasen verglichen mit der Strecke vor der Heizein- richtung zu rechnen. Alternativ oder zusätzlich kann der Messsensor in der Vorschaltstrecke angeordnet sein. Dies erfordert lediglich eine Anpassung des Widerstandes, beispielsweise einer Widerstandsbrücke auf einer Leiterplatte.
Der Messsensor weist zwei voneinander beabstandete Elektroden auf. Diese können entlang des Strömungskanals längs oder quer zum Strömungskanal voneinander beabstandet sein. Besonders bevorzugt sind die Elektroden orthogonal zum Strömungskanal, das heißt senkrecht zu der Fließrichtung beabstandet. Hierdurch gibt es besondere Vorteile hinsichtlich des Druckverlustes, besonders bei kleinen Strömungskanälen. Gleichzeitig wird auch eine Beeinflussung des Messstroms durch den Ableitstrom vermieden.
Grundsätzlich können die Elektroden aus allen elektrisch leitenden und wasserführenden Komponenten gebildet werden. Vorzugsweise sind alle Komponenten der Elektroden trinkwasserkonform. Diese können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Heizbolzen, Temperaturfühler, Messsonden, Ein- und/oder Auslaufrohr, Kühlrohr, Verschlussklammern, Verrasterungsklammern, Drucksensoren, Motorventilachsen, Schrauben und Drosselschrauben. Grundsätzlich ist es möglich, dass wenigstens eine Elektrode durch das Heizelement gebildet wird.
Bevorzugt ist jedoch das Heizelement selbst keine Elektrode des Messsensors und zusätzlich zum Heizelement sind zwei Elektroden zur Erfassung des Widerstandwerts vorgesehen.
Bezüglich der trinkwasserkonformen Materialien sei insbesondere Edelstahl, wie beispiels- weise Edelstahl, aufgrund dessen einfachen Beschaffung, Korrosionsbeständigkeit, Resistenz gegen Fouling bzw. Kalkablagerungen und organische Effekte erwähnt. Des Weiteren sind Metallbeschichtete, eloxierte, verchromte und vernickelte Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Nichteisenmetalle und Sinterwerkstoffe denkbar.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung verläuft eine durch die Elektroden ge- bildete Messstrecke quer zur Strömungsrichtung. Die durch die Elektroden gebildete Messstrecke stellt die kürzeste Verbindung innerhalb der fluidführenden Leitung zwischen den Elektroden dar. Bevorzugt verläuft die Messtrecke quer, insbesondere, orthogonal zur Strömungsrichtung. Dadurch können Störströme verhindert werden und eine Beeinflussung der Strömung sowie Druckverluste minimiert werden. Zusätzlich wird die Messung nicht von dem Ableitstrom beeinflusst.
Des Weiteren wird die Messeinrichtung mit Wechselstrom wie vorzugsweise Sicherheitskleinspannung betrieben. Dadurch werden unerwünschte Elektrolyseeffekte an der Messeinrichtung, insbesondere an den Elektroden, vermieden. Um störende Polarisationseffekte an der Messeinrichtung, insbesondere an den Elektroden, zu minimieren ist ferner bevorzugt, dass die Messeinrichtung im Niederspannungsbereich betrieben wird. Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuerungseinrichtung einen Mikroprozessor, der eingerichtet ist, den Istwert nach Analog-/Digitalwandlung digital zu verarbeiten.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Warm- wasserbereiters, insbesondere elektronischen Durchlauferhitzers zur Warmwasserbereitung, umfassend: Detektieren eines Widerstands eines durch einen Strömungskanal des Warmwasserbereiters strömenden Fluids mittels eines Messsensors, der zwei voneinander beabstandete, in den Strömungskanal reichende Elektroden aufweist und zum Detektieren eines Widerstands des Fluids durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den zwei voneinander beabstandeten Elektroden ausgebildet ist; und Steuern der Heizleistung des Heizelements in Abhängigkeit des detektierten Widerstands, insbesondere Unterbrechen der Heizleistung bei Unterschreiten und/oder Überschreiten eines Schwellwertes des Widerstands.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert demnach nicht notwendigerweise eine Daten- Verarbeitung des detektierten Widerstandes. Vielmehr ist ausreichend, dass für den detektierten Wert, beispielsweise mittels einer Widerstandsbrücke, festgestellt wird, ob der Wert einen Schwellwert unter- und/oder überschreitet.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die zuvor gemachten Ausführungen des erfindungsgemäßen Durchlauf- erhitzers verwiesen. In den entsprechenden Textpassagen sind die Funktionen des Durchlauferhitzers bereits beschrieben, die jeweils auch auf die verfahrensgegenständlichen Merkmale zutreffen und entsprechende Ausführungsformen darstellen.
Weitere bevorzugte und/oder zweckmäßige Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Nachfolgend wird die Er- findung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Ähnliche oder gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Durchlauferhitzers; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers; Fig. 3 ein Schaltplan für eine bevorzugte Schaltung eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Warmwasserauslass-seitigen Flansches eines Durchlauferhitzers; Fig. 5 beispielhafte Anordnungen von Messsensoren eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers.
Fig. 1 zeigt ein Haustechnikgerät 100, insbesondere einen elektrischen Durchlauferhitzer, mit einer fluidführenden Leitung 9, 10, 11 , in dem sich in einem Leitungsabschnitt 9 ein Heizelement 12 zum Erwärmen des durch die Leitung (9, 10, 11) strömenden Fluids er- streckt. Das Heizelement 12 kann als Blankdrahtheizelement oder Rohrheizelement, vorzugsweise Blankdrahtheizelement, ausgebildet sein. Das Haustechnikgerät umfasst ferner einen Kaltwasserreinlass 6 zum Anschluss an eine wasserzuführende Wasserleitung und einen Warmwasserauslass 7. Der Warmwasseranschluss 7 kann über eine nicht dargestellte Warmwasserleitung mit einem Wasserhahn verbunden sein. Insbesondere wenn es sich bei dem Heizelement 12 um ein Blankdrahtelement handelt, weist die Leitung vor und hinter dem Heizelement 12 eine Vorschaltstrecke 10 und eine Nachschaltstrecke 11 auf. Dabei handelt es sich um unbeheizte Kanäle, die als Widerstandsstrecken, für die am stromdurchflossenen Heizelement 12 anstehenden hohen Spannungen dienen, so dass an den Anschlüssen 6, 7 kein hoher Ableitstrom fließt. Bei einem bestimmungsgemäßem Anschluss der Anschlüsse 6, 7 an einen Schutzleiter fließt der Ableitstrom über den Schutzleiter ab.
Das Haustechnikgerät umfasst einen Messsensor 21 sowie eine elektronische Steuerungseinrichtung 3. Der Messsensor 21 ist zum Erfassen eines elektrischen Widerstands ausgestaltet. Die Steuerungseinrichtung 3 ist zum Steuern einer Heizleistung des Heizelements 12 unter Berücksichtigung des Widerstandswertes und einem vordefinierten Widerstandsbereich eingerichtet. Ein detektierter Widerstandswert muss nicht weiterverarbeitet, beispielsweise digitalisiert werden, es ist vielmehr ausreichend, dass ein Sollwert/Istwert-Ab- gleich, beispielsweise unter Verwendung einer Widerstandsbrücke, durchgeführt wird. Optional kann ein Warnsignal an eine Empfangseinheit gesendet werden. Bei der Empfangs- einheit kann es sich um ein Bedienteil 5, eine am Haustechnikgerät angeordnete Warn- und/oder Kontrollleuchte und/oder ein mobiles Endgerät eines Nutzers handeln (nicht dargestellt). In der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung ist der Messsensor 21 Teil einer Messeinrichtung 20, die vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung 3 galvanisch getrennt geschalten ist. Das Haustechnikgerät 100 kann ferner einen, mehrere oder folgende in Fig. 1 dargestellte Komponenten aufweisen.
- Einen Einlasstemperatursensor 4 und/oder Auslasstemperatursensor 8, der in einem zu dem Heizelement 12 zuführenden Leitungsabschnitt 10 (Vorschaltstrecke) bzw. in einem von dem Heizelement 12 abführenden Leitungsabschnitt 11 (Nachschaltstrecke) angeordnet sein kann; und/oder
- Einen Durchflusssensor 2, der in der Leitung 9, 10, 11 , bspw. in der Vorschaltstrecke 10, angeordnet sein kann; und/oder
- Ein Ventil 1 (in Fig. 1 als motorbetriebenes Ventil dargestellt), das in der Vorschaltstre- cke 10 angeordnet sein kann; und/oder
- Ein Bedienteil 5 zum Bedienen und/oder Warten des Haustechnikgeräts 100.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Bestandteile (sofern vorhanden) mit der Steuerungseinrichtung 3 funktional gekoppelt, so dass die Steuerungseinrichtung 3 im fehlerfreien Betrieb (d.h., sofern der gemessene Widerstand innerhalb des Toleranzbereichs liegt) die Heizleistung von dem Heizelement 12 und/oder Ventilstellung von dem Ventil 1 in Abhängigkeit vom Durchfluss und/oder Eingangs- und/oder Ausgangstemperatur des Fluids und/oder einer gewünschten (vorbestimmten) Warmwassertemperatur steuert.
Grundlegende und bevorzugte Funktionen des erfindungsgemäßen Systems zum Steuern von dem Haustechnikgerät 100 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 be- schrieben. Stellt ein Nutzer eine Warmwasseranfrage an das Haustechnikgerät 100, bspw. durch Öffnen einen Zapfhahn, bspw. für eine Dusche, so fließt Wasser durch die Leitung 9, 10, 11 des Haustechnikgeräts 100, und der Durchflusssensor 2 registriert den Warmwasserbedarf. Der Durchflusssensor 2 sendet einen Warmwasserbedarfssignal an die Steuerungseinrichtung 3. Nach Empfangen des Warmwasserbedarfssignals wird die Steu- erungseinrichtung 3 aus dem Ruhezustand aufgeweckt und, nach einer möglichen Initialisierungsphase, in einen Startbetriebszustand versetzt.
Im Startbetriebszustand fragt die Steuerungseinrichtung von der Messeinrichtung 20 den durch den Messsensor 21 ermittelten (montanen) Istwert ab. Durch Abgleich E des Istwerts und eines vordefinierten Sollwerts (Istwert-Sollwert-Abgleich) steuert die Steuerungsein- richtung 3 die Heizleistung des Heizelements 12 wie folgt. Liegt der Istwert in einem vordefinierten Sollwertebereich, so wird die Heizfreigabe H erteilt. Andernfalls liegt ein Fehlerzustand vor und es wird keine Heizfreigabe NH erteilt. Vorzugsweise führt die Messeinrichtung 20 die Messung mit einer definierten Messspannung (AC) durch. Dabei können der Wasserwiderstand und folglich daraus der Leitwert des Wassers bestimmt werden. Ist der Leitwert zu hoch wird keine Heizfreigabe erteilt und das Gerät schaltet in den Fehlerzustand - das Gerät heizt nicht. Der Fehlerzustand kann in dem Bedienteil 5 angezeigt werden. Es ist weiterhin möglich, dass der Fehlerzustand über ein Schließen der Warmwasseranfrage /des Zapfhahns zurückgesetzt werden kann. Mit anderen Worten ist die Steuerungseinrichtung 3 derart eingerichtet, dass sie durch ein Schließen des Zapfhahns, was wiederum mittels des Durchflusssensors 2 ermittelt werden kann, in den Ruhezustand versetzt wird. Dadurch ist das Haustechnikgerät 100 für eine erneute Warmwasseranfrage bereit und kann durch Registrieren einer Warmwasseranfrage aus dem Ruhezustand in den oben beschriebenen Startbetriebszustand versetzt werden. Ist der Wasserwiderstand in der Toleranz, wird die Heizfreigabe von der Steuerungseinrichtung 3 erteilt und das Haustechnikgerät 100 beginnt den Heizprozess - es fließt warmes Wasser. Im Bedienteil 5 kann optional die voreingestellte Solltemperatur angezeigt werden. Nach Erteilen der Heizfreigabe, im sogenannten Heizbetrieb, wird über die interagierenden Komponenten (Steuerungseinrichtung 3, Messeinrichtung 20, Messsensor 21) vorzugsweise eine kontinuierliche Messung durchgeführt und die im Startbetriebszustand durchgeführte Funktion wiederholt durchgeführt. Während des gesamten Betriebs bzw. der gesamten Benutzung des Haustechnikgeräts 100 wird durch das entwickelte System der Leitwert des Wassers kontinuierlich überwacht.
Der Sollwert-Istwert-Abgleich kann erfolgen, indem zwei Messungen durchgeführt werden und der arithmetische Mittelwert (normal und invertierte Werte) gebildet wird. Der arithmetische Mittelwert des Istwerts wird mit dem Sollwertbereich abgeglichen. Als Ergebnis genügt eine binäre Bewertung gemäß „innerhalb der Toleranz“ bzw. „außerhalb der Toleranz“. Das Ergebnis der Bewertung kann per Telegramm verschickt werden.
Der Sollwertbereich ist bevorzugt softwareseitig parametrierbar bzw. einstellbar. Insbeson- dere ist es bevorzugt, dass der Sollwertebereich (und somit die Abschaltgrenzen) werkseitig in der Software implementiert sind und es nicht möglich ist, dass durch einen Benutzer oder einen Servicetechniker der Sollwertebereich manipuliert oder verändert werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird nun eine bevorzugte Schaltung des erfindungsgemäßen Systems zum Steuern des Haustechnikgeräts 100 beschrieben. Über einen I2C Anschluss werden Versorgungsspannung und l2C Datenleitungen vom Haustechnikgerät 100 zur Ermittlung des Istwerts (Leitwertmessung) realisiert. Ein DCDC Wandler stellt die Isolierung der Versorgungsspannung und ein l2C Iso Baustein die Isolierung der Datenleitung sicher. Zur Entkopplung der restlichen Schaltung vom DCDC Wandler ist vorzugsweise eine 3V3 Linearregler vorgesehen. Dieser versorgt einen Mikrocontroller, den I2C Baustein sekundär, zwei Treiberstufen 30 und eine Verstärkerstufe 31. Der Mikrocontroller erzeugt über die zwei Treiberstufen 30 eine 3V3 Wechselspannung. Diese wird auf einen Widerstandsteiler aus Vorwiderstand Rv und Wasserwiderstand Rw aufgeprägt. Über die Verstärker- stufe 31 wird das Messsignal zum Mikrocontroller geleitet, dort ausgewertet und per l2C Bus an die Steuerungseinrichtung 3 weitergegeben.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines warmwasserauslassseitigen Flansches 15 des Haustechnikgeräts 100 mit als Elektroden 22, 22‘ ausgestaltetem Messsensor 21. Aus Blech gefertigte elektrisch leitende Niederhalter 23 sind mittels Befestigungsschrauben 26 an der Gehäuseoberseite des Flansches 15 befestigt und leiten das Messsignal der Messsensoren 22, 22‘ über Kabelschuhhülsen 24 weiter. Die Messsensoren 22, 22‘ sind mittels Befestigungsmuttern 25 mit dem Niederhalter 23 elektrisch leitend verbunden und in Axialrichtung der Messsensoren 22, 22‘ fixiert.
Fig. 5 zeigt beispielhafte Anordnungen von als Elektroden 22, 22‘ ausgebildeten Mess- sensoren 21 im Haustechnikgerät 100.
Anordnung A stellt eine Schuko-Stecker-Version ohne metallischen Niederhalter dar. Dabei ragt der Stecker 27 über in einem Bauteil, wie bspw. dem Flansch 15, befindliche Öffnungen in einen fluidführenden Leitungsabschnitt, der vorzugsweise in der Nachschaltstrecke 11 angeordnet ist. Der Stecker 27 kann mittels Schrauben, Klammer oder über die Klemmkraft des Steckers 27 am Bauteil befestigt sein. Mittels auf den Elektroden 22, 22‘ befindlichen O-Ringen, einer Flachdichtung an jeder Elektrode 22, 22‘ oder einer großen Flachdichtung zwischen dem Stecker 27 und dem Bauteil (bspw. Flansch 15) kann die Leitung 11 abgedichtet werden.
Anordnung B zeigt eine ähnliche Anordnung nach dem Prinzip einer Schuko-Steckdose. Hier können die wieder als Elektroden 22, 22‘ ausgestaltete Messsensoren 21 dauerhaft - beispielsweise durch Umspritzen, Vergießen, Verkleben, Verschweißen - in einem fluidführenden Bauteil befestigt sein, so dass die Messsensoren 22, 22‘ in das durch die Leitung 11 fließende Fluid hineinragen. Mittels Stecker 27 kann eine elektrische Federverbindung zu den Elektroden 22, 22‘ hergestellt werden, um ein elektrisches Signal abzugreifen. Gemäß Anordnung C sind die Elektroden 22, 22‘ als zwei zueinander parallel beabstandete Schrauben ausgebildet. In der Variante gemäß Anordnung D ist der Messsensor 21 als zwei zueinander koaxial beabstandete Elektroden 22, 22‘ ausgestaltet.
Anordnung E zeigt eine Draufsicht von zwei auf einer Platine verschraubte Elektroden 22, 22‘ als Messsensor 21 mit Leiterbahnen zur Ableitung des Messsignals, das mittels an die Platine anschließbarem Raststecker weitergeleitet werden kann.
In Anordnung F ist der Messsensor 21 als zwei in ein aus Kunststoff gefertigtes fluidführendes Bauteil vergossene Elektroden 22, 22‘ ausgestaltet.
Anordnung G zeigt eine Anordnung, in der der Messsensor 21 durch eine Schraube 22 und ein elektrisch leitendes Bauteil (z.B. Wasserauslauf) 22‘ gebildet ist. In Anordnung H ist am Warmwasserauslauf ein elektrisch nichtleitendes Bauteil 28 zwischen zwei elektrisch leitenden, als Elektroden 22, 22‘ dienende Leitungsabschnitte angeordnet. Mittels Flachdichtungen kann die Anordnung abgedichtet werden.
Bezuqszeichenliste:
1 Motorisiertes Ventil
2 Durchflusssensor
3 Steuerungseinrichtung 4 Einlasstemperatursensor
5 Bedienteil
6 Kaltwassereinlass
7 Warmwasserauslass
8 Auslasstemperatursensor 9, 10, 11 Fluidführende Leitung
12 Heizelement
14 Flussrichtung Warmwasserauslauf
15 Warmwasserauslassseitiger Flansch 20 Messeinrichtung 21 Messsensor
22 22 Elektroden
23 Niederhalter
24 Kabelschuhhülse
25 Mutter 26 Befestigungsschraube
27 Stecker
28 Nichtleitendes Material
30 Treiberstufe
31 Verstärkerstufe 100 Haustechnikgerät
E Ergebnis Sollwert-Istwert-Abgleich H Heizelement aktiv
NH Heizelement inaktiv

Claims

Ansprüche
1. Elektrischer Warmwasserbereiter (100), insbesondere elektronischer Durchlauferhitzer, Heißwassersystem, Trinkwasser-Wärmepumpe, Kleinspeicher, Wandspeicher, Standspeicher und/oder Kochendwassergerät, mit einem Strömungskanal (9, 10, 11), der eine Heizstrecke (10) umfasst, einem Heizelement (12), insbesondere einem Blankdrahtheizelement, das im Bereich der Heizstrecke angeordnet ist, einem Messsensor (21), der zwei voneinander beabstandete, in den Strö- mungskanal reichende Elektroden (22, 22‘) aufweist und zum Messen eines Widerstands eines durch den Strömungskanal (9, 10, 11) strömenden Fluids durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den zwei voneinander beabstandeten Elektroden (22, 22‘) ausgebildet ist; und einer elektronischen Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern des elektrischen Warmwasserbereiters, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, eine Heizleistung des Heizelements (12) in Abhängigkeit des gemessenen Widerstands zu steuern, insbesondere die Heizleistung bei Unterschreiten und/oder Überschreiten eines Schwellwertes des Widerstands zu unterbrechen.
2. Warmwasserbereiter (100) nach Anspruch 1 , wobei die Steuerungseinrichtung (3) eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob der gemessene Widerstand unterhalb, innerhalb o- der oberhalb eines vordefinierten Sollwertebereichs liegt und in Abhängigkeit davon die Heizleistung des Heizelements (12) zu steuern.
3. Warmwasserbereiter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Strömungskanal (9, 10, 11) eine Vorschaltstrecke (9), die Heizstrecke (10) und eine Nach- schaltstrecke (11) umfasst und wobei der Messsensor (21) in der Nachschaltstrecke (11) angeordnet ist.
4. Warmwasserbereiter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine durch die Elektroden (22, 22‘) gebildete Messtrecke quer zur Strömungsrichtung verläuft.
5. Warmwasserbereiter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Mess- sensor (21) zur wiederholten, insbesondere zur kontinuierlichen Messung des Widerstands ausgebildet ist.
6. Warmwasserbereiter (100) nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (3) eingerichtet ist, wiederholt, vorzugsweise kontinuierlich, zu bestimmen, ob ein wiederholt bzw. kontinuierlich gemessener Widerstand unterhalb, innerhalb oder oberhalb eines vordefinierten Sollwertebereichs liegt.
7. Warmwasserbereiter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (3) und/oder die Messeinrichtung (20) einen Manipulationsschutz aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung (3) bzw. die Messeinrichtung (20) insbesondere eingerichtet ist, um einen Kurzschluss oder eine Unterbrechung in einem Messschaltkreis, der den Messsensor (21) umfasst, und/oder eine Unterbrechung der Spannungsversor- gung der Steuerungseinrichtung zu detektieren.
8. Warmwasserbereiter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Messsensor (21) Teil einer Messeinrichtung (20) ist, die von der Steuerungseinrichtung (3) galvanisch getrennt ist.
9. Warmwasserbereiter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elekt- roden (22, 22‘) von unterschiedlichen Seiten in den Strömungskanal geschraubt sind und insbesondere Dichtungen, vorzugsweise O-Ring-Dichtungen, aufweisen.
10. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Warmwasserbereiters (100), insbesondere elektronischen Durchlauferhitzers (100) Heißwassersystem, Trinkwasser-Wärme- pumpe, Kleinspeicher, Wandspeicher, Standspeicher und/oder Kochendwassergerät zur Warmwasserbereitung, umfassend:
Detektieren eines Widerstands eines durch einen Strömungskanal (9, 10, 11) des Warmwasserbereiters (100) strömenden Fluids mittels eines Messsensors (21), der zwei voneinander beabstandete, in den Strömungskanal reichende Elektroden (22, 22‘) aufweist und zum Detektieren eines Widerstands des Fluids durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen den zwei voneinander beabstandeten Elektroden (22, 22‘) ausgebildet ist; und Steuern der Heizleistung des Heizelements (12) in Abhängigkeit des detektierten Widerstands, insbesondere die Heizleistung bei Unterschreiten und/oder Überschreiten eines Schwellwertes des Widerstands zu unterbrechen.
EP20768329.3A 2019-09-05 2020-09-07 Warmwasserbereiter und verfahren zum steuern eines warmwasserbereiters Pending EP4025842A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019123760.2A DE102019123760A1 (de) 2019-09-05 2019-09-05 Warmwasserbereiter und Verfahren zum Steuern eines Warmwasserbereiters
PCT/EP2020/074904 WO2021044047A1 (de) 2019-09-05 2020-09-07 Warmwasserbereiter und verfahren zum steuern eines warmwasserbereiters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4025842A1 true EP4025842A1 (de) 2022-07-13

Family

ID=72428282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20768329.3A Pending EP4025842A1 (de) 2019-09-05 2020-09-07 Warmwasserbereiter und verfahren zum steuern eines warmwasserbereiters

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4025842A1 (de)
CN (1) CN114585864A (de)
DE (1) DE102019123760A1 (de)
WO (1) WO2021044047A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SK9420Y1 (sk) 2021-05-07 2022-01-26 Protherm Production S.R.O. Elektrický prietokový ohrievač a spôsob riadenia elektrického prietokového ohrievača

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2803951A1 (de) * 1978-01-30 1979-08-02 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Elektrischer durchlauferhitzer mit wenigstens einem blankdrahtheizkoerper
DE8428975U1 (de) * 1984-10-02 1985-12-19 Bernhardt, Werner, 8069 Ilmmünster Heißwasser-Durchlauferhitzer
JP2013516732A (ja) * 2010-01-07 2013-05-13 マイクロヒート テクノロジーズ ピーティーワイ リミテッド 熱発生器および通電された流体を用いて熱を発生する方法
WO2014098943A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Eemax, Inc. Next generation bare wire water heater
ES2572090T3 (es) * 2013-08-20 2016-05-30 Gerdes Ohg Calentador eléctrico continuo de hilo desnudo y procedimiento para el control del mismo
DE102014000536A1 (de) * 2014-01-20 2015-07-23 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit in einem Durchlauferhitzer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021044047A1 (de) 2021-03-11
CN114585864A (zh) 2022-06-03
DE102019123760A1 (de) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012018299A1 (de) Motorwindungsüberhitzungs-Schutzvorrichtung und Motorsteuervorrichtung
EP3217157B1 (de) Heizkostenverteiler und verfahren zur erfassung der durch einen heizkörper abgegebenen wärmemenge
DE102011085082B3 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Temperatur eines Kraftstoffeinspritzventils und Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Kraftstoffeinspritzventils
EP2840404B1 (de) Elektrischer Blankdrahtdurchlauferhitzer und Verfahren zur Steuerung desselben
EP4025842A1 (de) Warmwasserbereiter und verfahren zum steuern eines warmwasserbereiters
EP2659199B1 (de) Durchlauferhitzer
WO2011117358A1 (de) Vorrichtung zum ausbringen eines mediums mit einer einstellbaren temperatur zugehöriges verfahren zur temperaturregelung und zur kalibrierung
EP2775370A2 (de) Vorrichtung zum Heizen von Räumen, umfassend zumindest eine zentrale Wärmequelle und umfassend den Räumen zugeordnete Heizkreise
DE102010009523B4 (de) Einrichtung zur Steuerung/Regelung der Temperatur eines elektrischen Heizdrahts beim Schneiden von durch Wärmeeinwirkung zu trennende Körper
DE102014000536A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit in einem Durchlauferhitzer
DE102016013052A1 (de) Durchlauferhitzer und Verfahren zur Steuerung eines Durchlauferhitzers
DE202012104942U1 (de) Ventil für Warmwasseranlagen
EP2751625B1 (de) Verfahren zum betreiben eines feldgeräts für die prozessinstrumentierung sowie feldgerät
DE102004048859B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung und Diagnose für die Beheizung einer Lambdasonde
DE102011013810B4 (de) Elektronisch geregelter Durchlauferhitzer und Verfahren zum Betrieb eines elektronisch geregelten Durchlauferhitzers
EP1666809A1 (de) Schutzeinrichtung für einen Warmwasserspeicher
EP3377770B1 (de) Pumpenvorrichtung, brauchwassersystem, verfahren zum betreiben eines brauchwassersystems und selbstlernverfahren für eine förderpumpe eines brauchwassersystems
EP2280230B1 (de) Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungszustandes eines Wärmetauschers an einem Heizgerät
DE10139646C2 (de) Schaltung zur Bestimmung der Amplitude der ein elektrisches Gerät versorgenden Netzwechselspannung
DE102015015941B4 (de) Umschaltbare Analog-Schnittstelle bei Feldgeräten
DE102008014160A1 (de) Durchlauferhitzer
EP4086533B1 (de) Elektrischer durchlauferhitzer und verfahren zur steuerung des elektrischen durchlauferhitzers
EP2463593A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage
WO2021044001A1 (de) Niederhalter zum niederhalten eines messsensors und weiterleiten eines elektrischen messsignals
DE102004055850A1 (de) Wassererhitzer, Durchlauferhitzer und Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220331

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230524

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F24H 15/37 20220101ALI20240312BHEP

Ipc: F24H 15/20 20220101ALI20240312BHEP

Ipc: F24H 9/20 20060101ALI20240312BHEP

Ipc: F24H 1/10 20060101AFI20240312BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20240409