EP4479690A1 - Wasserheizvorrichtung - Google Patents

Wasserheizvorrichtung

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EP4479690A1
EP4479690A1 EP23708401.7A EP23708401A EP4479690A1 EP 4479690 A1 EP4479690 A1 EP 4479690A1 EP 23708401 A EP23708401 A EP 23708401A EP 4479690 A1 EP4479690 A1 EP 4479690A1
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EP
European Patent Office
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heating device
water
space
water heating
electrothermal converter
Prior art date
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Pending
Application number
EP23708401.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerold Schulze
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.)
Viessmann Holding International GmbH
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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Publication date
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    • F24H2250/00Electrical heat generating means
    • F24H2250/06Peltier
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K2201/06Thermal details
    • H05K2201/064Fluid cooling, e.g. by integral pipes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects

Definitions

  • the invention relates to a water heating device according to the preamble of patent claim 1 . 5
  • a water heating device of the type mentioned above is known from patent document DE 20 2004 012 263 U1.
  • This water heating device designed as a continuous-flow heater consists of a space filled with water, an electrical heating device provided for heating the water in the space, and power electronics arranged on the space and provided for controlling the heating device.
  • said space is designed as a water-carrying pipe.
  • the object of the invention is to improve a water heating device of the type mentioned at the outset.
  • a water heating device with a precisely controlled cooling of the power electronics is to be created.
  • a electrothermal converter for the regulated transfer of heat between the power electronics and a wall of the room that is in contact with the water, a electrothermal converter, in particular a Peltier element, is provided.
  • the water heating device is characterized in that the electro-thermal converter can be used to specifically determine how much heat is to be released from the power electronics to the water. Or to put it the other way around: the cooling of the power electronics can be regulated very precisely according to the invention.
  • FIG. 1 in section the water heater according to the invention.
  • the water heating device shown in the single figure consists, in a manner known per se, of a space 1 filled with water, an electrical heating device 2 provided for heating the water in space 1, and an electrical heating device 2 arranged on space 1 for controlling the heating device 2 provided power electronics 3 .
  • Said space 1 is preferably designed either as a hot water storage tank for a heating system or as a flow space (particularly a pipe) for an electric flow heater.
  • What is essential for the water heating device according to the invention is that for the controlled transfer of heat between the power electronics 3 and a wall 1 that is in contact with the water and is preferably made of metal. 1 of the room 1, an electrothermal converter 4 is provided. Expressed in terms of the method, it is provided that the heat generated at the power electronics 3 is transferred to the water in the room 1 with the aid of the electro-thermal converter 4 . Due to this stipulation, it is ultimately even possible, due to the targeted use of the waste heat, to make the power electronics 3 smaller than before.
  • a current flowing through the electrothermal converter 4 f is designed to be controllable, preferably via a higher-level control device of the water heating device, in order to set the transfer of heat (i.e. in particular the actual amount of heat).
  • a power supply connection 4 . 1 of the electrothermal converter 4 electrically connected to a power output terminal 3 . 1 of the power electronics 3 is connected.
  • the power electronics 3 and the electrothermal converter 4 are preferably electrically connected to one another and designed so that the same current flows through them.
  • the electrothermal converter 4 is also preferably made for the electrothermal converter 4 to be designed to absorb heat from the air surrounding the electrothermal converter 4 .
  • the electric heating device 2 is designed as a resistance heater arranged in space 1, in particular as a heating element.

Landscapes

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  • 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 eine Wasserheizvorrichtung, umfassend einen mit Wasser gefüllten Raum (1), eine zum Aufheizen des Wassers im Raum (1) vorgesehene, elektrische Heizeinrichtung (2) und eine am Raum (1) angeordnete, zur Regelung der Heizeinrichtung (2) vorgesehene Leistungselektronik (3). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik (3) und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden Wandung (1.1) des Raums (1) ein elektrothermischer Wandler (4) vorgesehen ist.

Description

Was serhei z Vorrichtung
Die Erfindung betrif ft eine Wasserheizvorrichtung gemäß dem Oberbegrif f des Patentanspruchs 1 . 5
Eine Wasserheizvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 20 2004 012 263 Ul bekannt . Diese als Durchlauferhitzer ausgebildete Wasserheizvorrichtung besteht aus einem mit Wasser gefüllten Raum, einer zum Aufheizen des 10 Wassers im Raum vorgesehene , elektrische Heizeinrichtung und einer am Raum angeordnete , zur Regelung der Heizeinrichtung vorgesehene Leistungselektronik . Der besagte Raum ist bei der besagten Lösung dabei als wasserführendes Rohr ausgebildet .
Zur Kühlung der Leistungselektronik ist vorgesehen , dass deren 15 Triacs entstehende Abwärme an das Wasser im Raum abgeben können . Dabei bestimmt das vorhandene Temperaturgefälle die tatsächlich stattf indende Wärmeübertragung .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Wasserheizvor- 20 richtung der eingangs genannten Art zu verbessern . Insbesondere soll eine Wasserheizvorrichtung mit einer präzise zur regelnden Kühlung der Leistungselektronik geschaf fen werden .
Diese Aufgabe ist mit einer Wasserheizvorrichtung der eingangs 25 genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 auf geführten Merkmale gelöst .
Nach der Erfindung ist also vorgesehen , dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik und ei- 30 ner mit dem Wasser in Kontakt stehenden Wandung des Raums ein elektrothermischer Wandler , insbesondere ein Peltierelement , vorgesehen ist .
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung somit dadurch aus , dass mit Hilfe des elektro- 5 thermischen Wandlers gezielt festlegbar ist , wie viel Wärme von der Leistungselektronik an das Wasser abgegeben werden soll . Oder umgekehrt ausgedrückt : Die Kühlung der Leistungselektronik ist erfindungsgemäß ganz genau regelbar .
10
Hierbei ist zu beachten , dass der in dieser Anmeldung verwendete Begrif f "Regelung" der Einfachheit halber im Sinne des englischen Begrif fs "control" verwendet wird, d . h . er entspricht entweder , und zwar bevorzugt , einer Steuerung mit Rückkopplung , oder , alternativ, einer Steuerung ohne Rückkopp- 15 lung . In anderen Worten ausgedrückt könnte die letztgenannte Option im Patentanspruch 1 also auch wie folgt lauten : " zur rückkopplungsfreien Steuerung der Heizeinrichtung" bzw. " zur rückkopplungsfrei gesteuerten Übertragung von Wärme" .
20 Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen .
Die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patent- 25 ansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert .
Es zeigt schematisch
30
Figur 1 im Schnitt die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung . Die in der einzigen Figur dargestellte Wasserheizvorrichtung besteht in an sich bekannter Weise zunächst aus einem mit Was ser gefüllten Raum 1 , einer zum Auf heizen des Wassers im Raum 1 vorgesehenen , elektrischen Heizeinrichtung 2 und einer am 5 Raum 1 angeordneten , zur Regelung der Heizeinrichtung 2 vorgesehenen Leistungselektronik 3 .
Der besagte Raum 1 ist dabei bevorzugt wahlweise als Warmwas serspeicher einer Heizungsanlage oder als Durchströmraum ( ins- 10 besondere Rohr ) eines elektrischen Durchlauferhitzers ausgebildet .
Wesentlich für die erfindungsgemäße Wasserheizvorrichtung ist nun , dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der 15 Leistungselektronik 3 und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden , vorzugsweise metallisch ausgebildeten Wandung 1 . 1 des Raums 1 ein elektrothermischer Wandler 4 vorgesehen ist . Verfahrensmäßig ausgedrückt ist dabei vorgesehen , dass an der Leistungselektronik 3 anfallende Wärme mit Hilfe des elektro- 20 thermischen Wandlers 4 auf das im Raum 1 befindliche Wasser übertragen wird . Durch diese Maßgabe ist es dabei letztlich aufgrund der gezielten Nutzung der Abwärme sogar möglich , die Leistungselektronik 3 kleiner als bisher auszubilden .
25 Noch etwas genauer betrachtet , ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen , dass zur Einstellung der Übertragung von Wärme ( also insbesondere der tatsächlichen Wärmemenge ) ein durch den elektrothermischen Wandler 4 f ließender Strom, vorzugsweise über eine übergeordnete Regeleinrichtung der Wasserheizvor- 30 richtung , regelbar ausgebildet ist . Hierzu ist ferner bevorzugt vorgesehen , dass ein Stromversor- gungsanschluss 4 . 1 des elektrothermischen Wandlers 4 elektrisch mit einem Stromabgabeanschluss 3 . 1 der Leistungselektronik 3 verbunden ausgebildet ist . Oder nochmals in etwas anderen Worten : Die Leistungselektronik 3 und der elektrothermi- 5 sehe Wandler 4 sind vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden und vom gleichen Strom durchf lossen ausgebildet .
Insbesondere für den Fall , dass die Wasserheizvorrichtung in einer vergleichsweise warmen Umgebung angeordnet ist , ist fer- 10 ner bevorzugt vorgesehen , dass der elektrothermische Wandler 4 zur Aufnahme von Wärme aus den elektrothermischen Wandler 4 umgehender Luft ausgebildet ist .
Um das Wasser im Raum 1 besonders ef fizient aufheizen zu kön- 15 nen , ist ferner bevorzugt vorgesehen , dass die elektrische Heizeinrichtung 2 als im Raum 1 angeordnete Widerstandsheizung , insbesondere als Heizstab , ausgebildet ist .
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen , dass die Leistungselektro- 20 nik 3 wahlweise mindestens einen Thyristor , einen Metall-Oxid- Halbleiter-Feldef f ekttransistor , einen Bipolartransistor und/ oder einen anderen Halbleiter aufweist .
Schließlich ist ( noch genauer betrachtet ) ganz besonders be- 25 vorzugt vorgesehen , dass der elektrothermische Wandler 4 als Peltier-Element ausgebildet ist ( siehe hierzu auch https : / / de .wikipedia . org/w/ index . php?title=Peltier- Element&oldid=213265538 ) . Bezugszeichenliste
1 Raum
1.1 Wandung
2 Heizeinrichtung
3 Leistungselektronik
3.1 Stromabgabeanschluss
4 elektrothermischer Wandler
4.1 Stromversorgungsanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Wasserheizvorrichtung, umfassend einen mit Wasser gefüllten Raum (1), eine zum Aufheizen des Wassers im Raum (1) vorgesehene, elektrische Heizeinrichtung (2) und eine am Raum (1) angeordnete, zur Regelung der Heizeinrichtung (2) vorgesehene Leistungselektronik (3), dadurch gekenn z e ichnet , dass zur geregelten Übertragung von Wärme zwischen der Leistungselektronik (3) und einer mit dem Wasser in Kontakt stehenden Wandung (1.1) des Raums (1) ein elektrothermi- scher Wandler (4) vorgesehen ist.
2. Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e ichnet , dass zur Einstellung der Übertragung von Wärme ein durch den elektrothermischen Wandler (4) fließender Strom regelbar ausgebildet ist.
3. Wasserheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn z e ichnet , dass ein Stromversorgungsanschluss (4.1) des elektrothermischen Wandlers (4) elektrisch mit einem Stromabgabeanschluss (3.1) der Leistungselektronik (3) verbunden ausgebildet ist. Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn z e ichnet , dass der elektrothermische Wandler (4) zur Aufnahme von Wärme aus den elektrothermischen Wandler (4) umgehender Luft ausgebildet ist. Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn z e ichnet , dass der Raum (1) wahlweise als Warmwasserspeicher einer Heizungsanlage oder als Durchströmraum eines elektrischen Durchlauferhitzers ausgebildet ist. Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn z e ichnet , dass die elektrische Heizeinrichtung (2) als im Raum (1) angeordnete Widerstandsheizung ausgebildet ist. Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn z e ichnet , dass die Leistungselektronik (3) wahlweise mindestens einen Thyristor, einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldef f ekttransis- tor, einen Bipolartransistor und/oder einen anderen Halbleiter aufweist. Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn z e ichnet , dass der elektrothermische Wandler (4) als Peltier-Element ausgebildet ist. Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn z e ichnet , dass die Wandung (1.1) metallisch ausgebildet ist. Verfahren zum Betrieb einer Wasserheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn z e ichnet , dass an der Leistungselektronik (3) anfallende Wärme mit Hilfe des elektrothermischen Wandlers (4) auf das im Raum (1) befindliche Wasser übertragen wird.
EP23708401.7A 2022-02-16 2023-02-07 Wasserheizvorrichtung Pending EP4479690A1 (de)

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