EP4502489A1 - Verfahren zu inbetriebnahme eines durchlauferhitzers, computerprogramm, regel- und steuergerät und durchlauferhitzer - Google Patents

Verfahren zu inbetriebnahme eines durchlauferhitzers, computerprogramm, regel- und steuergerät und durchlauferhitzer Download PDF

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EP4502489A1
EP4502489A1 EP24190556.1A EP24190556A EP4502489A1 EP 4502489 A1 EP4502489 A1 EP 4502489A1 EP 24190556 A EP24190556 A EP 24190556A EP 4502489 A1 EP4502489 A1 EP 4502489A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heater
power
continuous flow
water heater
electrical power
Prior art date
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Pending
Application number
EP24190556.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
René Fahr
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.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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 Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4502489A1 publication Critical patent/EP4502489A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F24H15/104—Inspection; Diagnosis; Trial operation
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for commissioning a continuous flow heater, a control device, a computer program and a continuous flow heater.
  • Electric instantaneous water heaters can be used in a variety of ways to heat domestic water because they only require an electrical power supply and also take up very little space.
  • the devices usually have a heating block that is designed to heat a volume flow of water.
  • the desired water temperature can be achieved by regulating the outlet temperature or by controlling it based on the inlet temperature (with a known temperature spread of the heating block).
  • a control of the mass flow of water flowing through the heating block is usually used, which regulates the mass flow according to the desired outlet temperature when the instantaneous water heater is operated at nominal power.
  • Such instantaneous water heaters usually have a high nominal output in order to heat a sufficient flow rate of water, for example for a shower. This high output can lead to damage to the instantaneous water heater and in particular to the heating block if there is not a sufficient mass flow of water through it. This risk exists in particular when the instantaneous water heater is put into operation, if there is still air in the instantaneous water heater or in the pipes, which can lead to overheating. When putting an instantaneous water heater into operation in In a building with newly installed or revised water pipes, for example in a new construction, such problems can occur more frequently.
  • the DE 10 2019 004 320 A1 proposes to detect the presence of air bubbles in the fluid channel of the instantaneous water heater based on a change in the signal from a flow sensor and to adjust the heating output accordingly.
  • the disadvantage is that detecting air bubbles using the flow sensor has proven to be imprecise or requires a very expensive flow sensor.
  • the DE 38 18 048 A1 addresses the problem of overheating of a continuous flow heater due to air bubbles. It is proposed that the control of the electric continuous flow heater include a memory element that registers the duration of an interruption in the power supply to the heating coil that may occur within a predetermined period of time and, if this duration falls below a predetermined limit, delays the start of the power-dependent control by a waiting time. This proposal cannot contribute anything to preventing possible overheating of the heating coil during a longer period of operation due to air bubbles.
  • the object of the invention is to propose a method for commissioning a continuous flow heater, a computer program and a continuous flow heater that at least partially overcome the problems of the prior art described.
  • the invention is intended to enable a safe commissioning of a continuous flow heater without the occurrence of overheating, even if air bubbles may be present in a cold water inlet or a fluid channel thereof.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a continuous flow heater, require only minor structural changes and/or enable easy integration into an existing production process.
  • Steps a), b), c) and d) can be carried out at least once in the order given.
  • step b) can be carried out continuously or permanently, in particular while steps c) and d) are being carried out.
  • steps c) and d) can be carried out in parallel or at the same time.
  • step a) can be carried out again, for example.
  • the method is used in particular to prevent overheating of the instantaneous water heater or its heating block and the associated damage during commissioning after installation of the instantaneous water heater and/or installation of or work on the cold water inlet pipes of the same, which encourage the occurrence of air in the pipes.
  • the method enables the instantaneous water heater to be safely commissioned even if (residual) air bubbles occur in the cold water inlet pipes or in the fluid channel of the instantaneous water heater.
  • the instantaneous water heater can be a known instantaneous water heater. This can have a fluid channel that leads from a cold water inlet to a hot water outlet and can comprise a heating block, a flow sensor and means for determining a thermal output of the same. Cold water flowing into the cold water inlet can be heated by the heating block and flow out through the hot water outlet and fed to a point of use, for example a faucet of a washbasin or a shower.
  • the heating block can comprise at least one heating element that can convert electrical current into heat in order to deliver this to the fluid flowing through the fluid channel. In particular, several heating elements can be provided that are switched via power switches, for example TRIACs (Triode for Alternating Current), and thus put into operation.
  • the instantaneous water heater can a regulating and control device.
  • the heating elements can in particular be arranged in such a way that they come into close proximity or in direct contact with the fluid flowing through the fluid channel.
  • the control and regulation device can regulate an outlet temperature, determined by a temperature sensor in the hot water outlet of the instantaneous water heater based on the electrical power of the heating elements.
  • the instantaneous water heater can include a temperature sensor in the cold water inlet and a flow sensor for detecting a flow rate of the fluid flowing through the fluid channel.
  • the flow sensor can be a mass flow or a volume flow sensor.
  • the outlet temperature can be specified or entered by a user via an input device.
  • the instantaneous water heater can be particularly suitable for providing hot water for use in a building, for example using a tap as a withdrawal point.
  • the instantaneous water heater can have an output in a range of 5 kilowatts to 35 kilowatts.
  • the thermal performance of the instantaneous water heater can be determined, for example, based on the temperature difference between the cold water inlet and the hot water outlet and the flow rate in the fluid channel, knowing the specific heat capacity of the fluid flowing through the fluid channel.
  • the flow rate could be recorded directly or determined based on a pressure difference with a known pressure loss of the instantaneous water heater (for example, by recording two pressure values from two pressure sensors).
  • the instantaneous water heater can be put into operation with a first electrical power.
  • the first electrical power is dimensioned such that even if air occurs in the fluid channel, no damage to the flow heater or the heating block is to be expected.
  • the first electrical power can be selected in such a way that no damage to the heating block occurs even in dry operation (with only air in the fluid channel in the heating block).
  • the first electrical power can be determined mathematically or approximately or by means of (laboratory) tests.
  • the instantaneous water heater in step a), can be operated at the first power for a safety period and/or a minimum flow rate.
  • the safety period can be dimensioned such that there is sufficient probability that all air bubbles and gas residues in the cold water inlet and/or in the fluid channel of the instantaneous water heater have flowed away, i.e. have left the fluid channel of the instantaneous water heater through the hot water outlet.
  • the minimum flow rate can be accumulated or determined by a control device of the instantaneous water heater based on the signal from the flow sensor.
  • the first power can also be zero, i.e. the heating block remains out of operation until a minimum flow rate has flowed through the instantaneous water heater.
  • step b) the electrical power and thermal power of the instantaneous water heater can be recorded.
  • Step b) can be carried out permanently or continuously during commissioning.
  • step a) can only be completed (and the safety period can therefore be ended) when there are no temperature fluctuations in the hot water outlet or only temperature fluctuations in the hot water outlet below a limit value (in terms of amplitude and/or frequency).
  • the electrical output of the instantaneous water heater can be increased if a thermal output corresponding to the electrical output is recorded.
  • the output of the instantaneous water heater can be increased according to a predetermined function, for example with a predetermined gradient.
  • a reaction time of the instantaneous water heater can be included here.
  • the reaction time here refers to the period from the switching of a power change to the detection of the power change by a temperature measurement at the hot water outlet.
  • the function or gradient can be selected in such a way that even if air bubbles occur (and an associated drop in thermal output), if the electrical output is immediately reduced, the thermal energy accumulating in the heating block within the reaction time has no or only extremely low potential for damage.
  • the electrical power can be increased step by step and, before a subsequent increase step, it can be waited whether the increase in electrical power also results in a corresponding increase in the thermal power recorded in step b) (and thus whether the recorded thermal power corresponds to the electrical power).
  • a tolerance of the electrical power compared to the recorded thermal power can also be included here.
  • a relative increase in the electrical power can also take place.
  • the electrical power could be increased step by step by a relative value (for example, based on the current or nominal power) and a further increase step only takes place when a corresponding relative increase in the thermal power has been recorded. It is advantageous for the tolerances to be included in a relative increase to be very small.
  • a suitable speed of increasing the electrical power in step c) can be determined by means of a reaction time between a change in the electrical power and recording the corresponding change in thermal power.
  • the reaction time can be determined, for example, at the beginning of the process at a non-critical electrical power.
  • the electrical power when carrying out step c), can also be increased continuously, for example in a temporal progression from a minimum power to the maximum power within an increase period.
  • a temporal progression of the thermal power to be expected corresponding to this temporal progression can be calculated.
  • the recorded temporal progression of the thermal power can be compared with the calculated temporal progression and, if the recorded temporal progression of the thermal power falls below the calculated temporal progression of the thermal power, it can be recognized that the recorded thermal power does not correspond to the electrical power.
  • the rate of increase i.e. the gradient of the ramp function of the electrical power, or a step size for a gradual increase in power should be selected such that the electrical power is not increased by a critical amount within the reaction time.
  • a thermal power corresponding to the electrical power exists when the thermal power is above the electrical power minus a tolerance.
  • the thermal power is less than the electrical power, also due to heat losses.
  • measurement tolerances of sensors can occur. Therefore, a tolerance is necessary to carry out a method proposed here.
  • a suitable tolerance can be determined or estimated in advance in laboratory tests. In this case, proper process execution must be weighed against a low damage potential. Alternatively or cumulatively, a tolerance could also be determined/estimated during process execution in a non-critical, low power range. For this purpose, a switched electrical power with a determined thermal power and the tolerance is determined. Due to possible fluctuations in the tolerance, a determined tolerance should be increased slightly (for example by 10 percent) in order to ensure a problem-free process flow.
  • the electrical output of the instantaneous water heater can be (immediately, directly) reduced to a second electrical output.
  • the drop in thermal output compared to the electrical output can mean that thermal energy is accumulating in the system, particularly in the heating block, and can possibly lead to damage to it.
  • the second electrical power can be selected in such a way that damage to the heating block can be ruled out if air bubbles occur.
  • the second electrical power can correspond to the first electrical power.
  • the second electrical power can also be selected depending on the thermal power that has occurred.
  • step c) if a thermal power corresponding to the electrical power is again determined, the execution of step c) can be continued with the electrical power at which step d) was carried out or with the second electrical power as a starting point for increasing the electrical power according to step c).
  • the method can be continued by carrying out step a).
  • the electrical power of the continuous flow heater can be reduced to the second power level even if fluctuations in the outlet temperature occur above a limit value in terms of amplitude and/or frequency.
  • a fluctuation in the thermal power recorded in step b it can be assumed that there are air bubbles in the heating block and the electrical power can be reduced in response.
  • a nominal power of the instantaneous water heater can be determined by means of a ratio of electrical and thermal power determined in step b). This can be done, for example, based on the relative switching times of the semiconductor components controlling the heating wires (for example TRIACs (Triode for Alternating Current)) and the recorded thermal power. For example, with a switching time of 50 percent (100 percent would correspond to the nominal power and mean uninterrupted operation) and a recorded thermal power of 13.5 kilowatts, a heating block with a nominal power of 27 kilowatts can be assumed.
  • TRIACs Triode for Alternating Current
  • a continuous flow heater comprising at least one fluid channel and a heating block, which are designed to heat the fluid channel to heat the fluid flowing through by means of electrical energy, a flow sensor and means for determining a thermal output of the instantaneous water heater.
  • the thermal output can be determined in particular based on a detected temperature spread due to the heating of the instantaneous water heater, a detected flow rate and a known, predetermined specific heat capacity of the fluid, in particular water.
  • the instantaneous water heater can therefore in particular comprise a temperature sensor for detecting a temperature in the cold water inlet, in the hot water outlet (thus in front of and behind the heating block as seen in the direction of flow) and a flow sensor.
  • a computer program is also proposed which is set up to carry out a method presented here.
  • this relates in particular to a computer program (product) comprising commands which, when the program is executed by the instantaneous water heater or a control and regulating device of the instantaneous water heater, cause the instantaneous water heater to carry out a method proposed here.
  • the instantaneous water heater can have at least one flow sensor and means for determining a thermal output of the same, to which a computer carrying out the method can be electrically connected.
  • a control and regulating device of a continuous flow heater is also proposed, set up to carry out a method proposed here.
  • the control and regulating device can for example have a processor and/or have this.
  • the processor can for example carry out the method stored in a memory (of the control and regulating device).
  • Data for carrying out a method presented here can also advantageously be stored in the memory of the control and regulating device, for example a first and/or second electrical power, a function or gradient of an increase in the power of the instantaneous water heater, a tolerance (of the electrical output) and/or limit values for occurring fluctuations in the thermal output (in terms of amplitudes and/or a frequency) of occurrence.
  • a control device for a continuous flow heater is also proposed, set up to carry out a method presented here.
  • the control device can, for example, have a processor or have one.
  • the processor can, for example, carry out the method described above stored in a memory (of the control device).
  • a method for commissioning a continuous flow heater, a continuous flow heater, a computer program and a control and regulating device are therefore specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the state of the art.
  • the method for commissioning a continuous flow heater, the continuous flow heater, the computer program and the control and regulating device at least contribute to enabling a safer commissioning of a continuous flow heater following installation of the same or work on the cold water supply lines. Damage to the continuous flow heater and/or its heating block can thereby advantageously be avoided.
  • the proposed method advantageously does not require any structural changes to a continuous flow heater and can be used simply by implementing a computer program product proposed here.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • Fig. 1 shows an example and schematically a sequence of a method proposed here.
  • the method is used for safe commissioning of a continuous flow heater 1, in particular safe initial commissioning after installation or commissioning following work or installation of pipes or other cold water supply equipment.
  • the sequence of steps a), b), c) and d) shown in blocks 110, 120, 130 and 140 can be set in a regular process sequence.
  • step b) can be carried out permanently or continuously, in particular while carrying out steps c) and d).
  • steps c) and d) can be carried out in parallel or at the same time.
  • Fig. 2 shows, by way of example and schematically, an electric instantaneous water heater 1 for heating a fluid flow, in particular a water flow, with a fluid channel 11 which can lead from a cold water inlet 8 via a heating block 3 to a hot water outlet 9.
  • the fluid flow flows through the instantaneous water heater 1 in a flow direction 2.
  • the heating block 3 can have resistance-based heating elements which can be in direct contact with the fluid flow.
  • the instantaneous water heater 1 can also have a control and regulation device 6, which can be set up to regulate and control the instantaneous water heater 1, in particular the heating elements of the heating block 3.
  • the control and regulation device 6 can be electrically connected to a first temperature sensor 7 in the cold water inlet 8, a flow sensor 5, a motor valve 4 and a second temperature sensor 10 in the hot water outlet 9.
  • the flow rate of the fluid can be throttled by means of the motor valve 4 in order to ensure a constant, desired temperature at the hot water outlet 9 when the heating block 3 is operated at nominal power.
  • Fig. 3 shows an example of a fluid channel 11 of the instantaneous water heater 1.
  • Cold water flows into the fluid channel 11 via the cold water inlet 8, whereby its Temperature is detected by the first temperature sensor 7.
  • a circuit board 12, which can be part of the control and regulation device 6, controls the heating elements of the heating block 3 according to the heat requirement.
  • a second temperature sensor 10 is arranged on the hot water outlet 9, which can be used to regulate the temperature of the outgoing hot water.
  • the flow sensor 5 can detect the flow rate of water flowing through the fluid channel.
  • the Fig. 4 shows, by way of example and schematically, a diagram which represents the power P (electrical or thermal) over time t, during the implementation of a method proposed here during (initial) commissioning of the instantaneous water heater 1.
  • the first power is 0, the heating block 3 does not convert any electrical power.
  • a first curve 13 shows the electrical power and a second curve 14 shows the determined thermal power.
  • the thermal power can be determined based on the temperature of the cold water inlet 8, recorded at the first temperature sensor 7, the water flow rate recorded at the flow sensor 5 and the temperature of the water at the hot water outlet 9, recorded at the second temperature sensor 10.
  • step a) the instantaneous water heater 1 is put into operation with a first electrical power, at which no damage to the instantaneous water heater is to be expected even if air occurs in the fluid channel.
  • the first power is zero.
  • step b) an electrical power and a thermal power of the instantaneous water heater are recorded.
  • the electrical power can be recorded by the regulating and control device 6.
  • the thermal power can be determined as described above.
  • Step b) can in particular be carried out permanently during the implementation of a method proposed here.
  • the electrical power is increased if a thermal power corresponding to the electrical power is detected/determined.
  • the Fig. 4 shows a first curve 13 of the electrical power and a second curve 14 of the determined thermal power.
  • the curve 14 of the thermal power corresponds to the curve 13 of the electrical power.
  • the thermal power is lower than the electrical power due to heat losses or tolerances.
  • the electrical power can be increased according to the first curve 13, since the measured thermal power according to curve 14 is less than the electrical power according to curve 13 minus the tolerance. Without taking the tolerance into account, this power difference between electrical power (curve 13) and thermal power (curve 14) would accumulate over time as heat energy in the heating block 3. Only when the determined thermal power (curve 14) is safely below the electrical power (curve 13) taking the tolerance into account, does the electrical power have to be reduced immediately to avoid damage to the heating block 3.
  • Fig. 4 shows a steady increase in electrical power in step c). It is advantageous to consider the increase in power in relative terms to check whether the electrical power (curve 13) corresponds to the determined thermal power (curve 14). For example, an increase in electrical power by 5 percent in a given period of time must lead to an increase in thermal power by 5 percent after the reaction time has elapsed. A tolerance can also be included here. The reaction time could have been determined in advance in a non-critical power range.
  • step d) the electrical power of the instantaneous water heater 1 is reduced to a second electrical power if the thermal power falls below the electrical power minus a tolerance.
  • the implementation of step d) is in the Fig. 4 not shown.
  • the second electrical power could correspond to the first electrical power.
  • step c) could be carried out again.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers (1) vorgeschlagen. Der Durchlauferhitzer (1) weist einem elektrischen Heizblock (3), einem Fluidkanal (11) von einem Kaltwasserzulauf (8) zu einem Warmwasserauslauf (9) zur Durchströmung mit einem zu erwärmenden Fluid, einem Durchflusssensor (5) sowie Mittel zum Erfassen einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers (1) auf. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:a) Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers (1) mit einer ersten elektrischen Leistung, bei der auch bei auftretender Luft im Fluidkanal (11) keine Beschädigung des Durchlauferhitzers (1) zu erwarten ist,b) Erfassen einer elektrischen Leitung und einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers (1),c) Steigern der elektrischen Leistung, wenn eine der elektrischen Leistung entsprechende thermischen Leistung erfasst wird, undd) Absenken der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers (1) auf eine zweite elektrische Leistung, wenn die thermische Leistung unter die elektrische Leistung abzüglich einerToleranz absinkt. Das Verfahren ermöglich eine sichere und beschädigungsfreie Erstinbetriebnahme eines Durchlauferhitzers (1), wenn Luft in Leitungen des Fluidkanals (11) oder des Kaltwasserzulaufs (8) zu erwarten ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers, ein Regel- und Steuergerät, ein Computerprogramm und einen Durchlauferhitzer.
  • Elektrische Durchlauferhitzer können sehr variabel zur Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt werden, weil diese lediglich eine elektrische Energieversorgung benötigen und zudem nur wenig Bauraum beanspruchen. Die Geräte weisen in der Regel einen Heizblock auf, der dazu eingerichtet ist, einen Volumenstrom Wasser zu erwärmen. Die gewünschte Wassertemperatur kann dabei über eine Regelung der Auslauftemperatur oder über eine Steuerung anhand der Einlauftemperatur (mit bekannter Temperaturspreizung des Heizblockes) erfolgen. Bei der Regelung der Auslauftemperatur kommt in der Regel eine Steuerung des den Heizblock durchfließenden Massestromes Wasser zum Einsatz, die bei einem Betreiben des Durchlauferhitzers mit Nennleistung den Massestrom entsprechend der gewünschten Auslauftemperatur regelt.
  • Derartige Durchlauferhitzer weisen in der Regel eine erhebliche Nennleistung auf, um eine ausreichende Durchflussmenge Wasser, beispielsweise für eine Dusche, zu erwärmen. Diese hohe Leistung kann zu einer Beschädigung des Durchlauferhitzers und insbesondere des Heizblockes führen, wenn dieser nicht von einem ausreichenden Massestrom Wasser durchströmt wird. Dieses Risiko besteht insbesondere bei einer Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers, bei eventuell noch vorhandener Luft im Durchlauferhitzer oder in Leitungen, was zu einer Überhitzung führen kann. Bei einer Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers in einem Gebäude mit neu installierten oder revidierten Wasserleitungen, beispielsweise bei einem Neubau, können derartige Probleme verstärkt auftreten.
  • Zu Vermeidung einer Überhitzung eines Durchlauferhitzers schlägt die DE 10 2019 004 320 A1 vor, ein Vorhandensein von Luftblasen im Fluidkanal des Durchlauferhitzers anhand einer Veränderung des Signals eines Durchflusssensors zu erkennen und die Heizleistung entsprechend anzupassen. Nachteilig hat sich eine Erkennung von Luftblasen anhand des Durchflusssensors als unpräzise erwiesen, oder erfordert einen sehr kostenintensiven Durchflusssensor.
  • Auch die DE 38 18 048 A1 nimmt sich dem Problem einer Überhitzung eines Durchlauferhitzers aufgrund von Luftblasen an. Es wird vorgeschlagen, dass die Steuerung des elektrischen Durchlauferhitzers ein Speicherglied umfasst, das die Dauer einer innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne möglicherweise eintretenden Unterbrechung der Stromversorgung der Heizwendel registriert, und für den Fall, dass diese Dauer einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, den Beginn der leistungsabhängigen Steuerung um eine Wartezeit verzögert. Zur Verhinderung einer möglichen Überhitzung der Heizwendel im Rahmen einer längeren Betriebsdauer aufgrund von Luftblasen kann dieser Vorschlag nichts beitragen.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers, ein Computerprogramm und einen Durchlauferhitzer vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll die Erfindung eine sichere Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers ermöglichen ohne Auftreten einer Überhitzung auch bei möglicherweise vorhandenen Luftblasen in einem Kaltwasserzulauf oder einem Fluidkanal desselben.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Durchlauferhitzers zumindest nicht wesentlich erhöhen, nur geringe bauliche Veränderungen erfordern und/ oder eine einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers bei. Der Durchlauferhitzer umfasst zumindest einen elektrischen Heizblock, dazu eingerichtet einen Fluidkanal durchströmendes Fluid zu erwärmen, einem Durchflusssensor sowie Mittel zum Erfassen einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers mit einer ersten elektrischen Leistung, bei der auch bei auftretender Luft im Fluidkanal keine Beschädigung des Durchlauferhitzers zu erwarten ist,
    2. b) Erfassen einer elektrischen Leistung und einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers,
    3. c) Steigern der elektrischen Leistung, wenn eine der elektrischen Leistung entsprechende thermischen Leistung erfasst wird, und
    4. d) Absenken der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers auf eine zweite elektrische Leistung, wenn die thermische Leistung unter die elektrische Leistung abzüglich einer Toleranz absinkt.
  • Die Schritte a), b), c) und d) können dabei mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Insbesondere kann der Schritt b) dauerhaft bzw. permanent durchgeführt werden, insbesondere während der Durchführung der Schritte c) und d). Die Schritte c) und d) können insbesondere parallel bzw. zeitgleich durchgeführt werden. Nach Durchführung des Schrittes d) kann beispielsweise eine erneute Durchführung des Schrittes a) erfolgen.
  • Das Verfahren dient insbesondere der Vermeidung von Überhitzungen des Durchlauferhitzers bzw. von dessen Heizblock und damit verbundenen Schäden während einer Inbetriebnahme nach einer Installation des Durchlauferhitzers und/ oder einer Installation von bzw. Arbeiten an Leitungen des Kaltwasserzulaufes desselben, die ein Auftreten von Luft in den Leitungen begünstigen. Das Verfahren ermöglicht eine sichere Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers auch bei auftretenden (Rest-)Luftblasen in Leitungen des Kaltwasserzulaufes oder im Fluidkanal des Durchlauferhitzers.
  • Bei dem Durchlauferhitzer kann es sich um einen bekannten Durchlauferhitzer handeln. Dieser kann einen Fluidkanal aufweisen, der von einem Kaltwasserzulauf zu einem Warmwasserauslauf führt und einen Heizblock, einen Durchflusssensor sowie Mittel zur Ermittlung einer thermischen Leistung desselben umfassen kann. Im Kaltwasserzulauf einströmendes Kaltwasser kann durch den Heizblock erwärmt werden und durch den Warmwasserauslauf ausströmen und einer Entnahmestelle, beispielsweise einer Armatur eines Waschbeckens oder einer Dusche zugeführt werden. Der Heizblock kann mindestens ein Heizelement umfassen, das elektrischen Strom in Wärme umwandeln kann, um diese an den Fluidkanal durchströmendes Fluid abzugeben. Dabei können insbesondere mehrere Heizelemente vorgesehen sein, die über Leistungsschalter, beispielsweise TRIACs (Triode for Alternating Current) geschaltet und somit in Betrieb genommen werden. Hierfür kann der Durchlauferhitzer ein Regel- und Steuergerät umfassen. Die Heizelemente können insbesondere derart angeordnet sein, dass diese in unmittelbarer Nähe oder in direktem Kontakt mit dem, den Fluidkanal durchströmenden, Fluid kommen.
  • Das Regel und Steuergerät kann eine Auslauftemperatur, ermittelt durch einen Temperatursensor im Warmwasserauslauf des Durchlauferhitzers anhand der elektrischen Leistung der Heizelemente regeln. Zudem kann der Durchlauferhitzer einen Temperatursensor im Kaltwasserzulauf und einen Durchflusssensor, zum Erfassen einer Durchflussmenge des den Fluidkanal durchströmenden Fluids, umfassen. Bei dem Durchflusssensor kann es sich um einen Massestrom- oder einen Volumenstromsensor handeln. Die Auslauftemperatur kann dabei vorgegeben oder auch von einem Nutzer über eine Eingabeeinrichtung eingegeben werden.
  • Der Durchlauferhitzer kann insbesondere zur Warmwasserbereitstellung zur Nutzung in einem Gebäude, beispielsweise mittels einer Armatur als Entnahmestelle geeignet sein. Hierzu kann der Durchlauferhitzer eine Leistung in einem Bereich von 5 Kilowatt bis 35 Kilowatt aufweisen.
  • Eine thermische Leistung des Durchlauferhitzers kann beispielsweise anhand der Temperaturspreizung zwischen Kaltwasserzulauf und Warmwasserauslauf und der Durchflussmenge im Fluidkanal in Kenntnis der spezifischen Wärmekapazität des den Fluidkanal durchströmenden Fluids ermittelt werden. Dabei könnte die Durchflussmenge direkt erfasst oder anhand eines Druckunterschiedes bei bekanntem Druckverlust des Durchlauferhitzers (beispielsweise durch ein Erfassen zweier Druckwerte zweier Drucksensoren) bestimmt werden.
  • Gemäß Schritt a) kann eine Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers mit einer ersten elektrischen Leistung erfolgen Die erste elektrische Leistung ist dabei derart bemessen, dass auch bei auftretender Luft im Fluidkanal keine Beschädigung des Durchlauferhitzers bzw. des Heizblockes zu erwarten ist. Mit anderen Worten kann die erste elektrische Leistung derart gewählt sein, dass auch bei einem Trockenbetrieb (mit ausschließlich Luft im Fluidkanal im Heizblock) keine Beschädigung des Heizblockes auftritt. Die erste elektrische Leistung kann dabei rechnerisch oder näherungsweise oder auch mittels von (Labor-)Versuchen bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann in Schritt a) der Durchlauferhitzer für einen Sicherheitszeitraum und/ oder einer Mindestdurchlaufmenge mit der ersten Leistung betrieben werden. Der Sicherheitszeitraum kann dabei derart bemessen sein, dass mit ausreichender Wahrscheinlichkeit alle Luftblasen und Gasrückstände im Kaltwasserzulauf und/ oder im Fluidkanal des Durchlauferhitzers abgeflossen sind, also den Fluidkanal des Durchlauferhitzers durch den Warmwasserauslauf verlassen haben. Die Mindestdurchlaufmenge kann dabei durch ein Regel- und Steuergerät des Durchlauferhitzers anhand des Signals des Durchflusssensors kumuliert bzw. ermittelt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die erste Leistung auch null sein, also der Heizblock außer Betrieb bleiben, bis eine Mindestdurchlaufmenge den Durchlauferhitzer durchströmt hat.
  • Gemäß Schritt b) kann ein Erfassen einer elektrischen Leistung und einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers erfolgen. Der Schritt b) kann dabei insbesondere permanent oder dauerhaft während der Inbetriebnahme durchgeführt werden. Beispielsweise kann auch die Durchführung des Schrittes a) erst beendet werden (und damit der Sicherheitszeitraum beendet werden) wenn keine Temperaturschwankungen des Warmwasserauslaufes bzw. nur Temperaturschwankungen des Warmwasserauslaufes unterhalb eines Grenzwertes (bzgl. Amplitude und/ oder Häufigkeit) auftreten.
  • Gemäß Schritt c) kann ein Steigern der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers erfolgen, wenn eine der elektrischen Leistung entsprechende thermischen Leistung erfasst wird. Dabei kann ein Steigern der Leistung des Durchlauferhitzers entsprechend einer vorgegebenen Funktion, beispielsweise mit einem vorgegebenen Gradienten erfolgen. Hierbei kann eine Reaktionszeit des Durchlauferhitzers einbezogen werden. Die Reaktionszeit bezeichnet hier den Zeitraum von dem Schalten einer Leistungsänderung bis zu einem Feststellen der Leistungsänderung durch eine Temperaturmessung am Warmwasserauslauf. Die Funktion bzw. der Gradient kann dabei so gewählt werden, dass auch bei auftretenden Luftblasen (und einem damit verbundenen Absinken der thermischen Leistung), bei einem sofortigen Absenken der elektrischen Leistung, die sich innerhalb der Reaktionszeit im Heizblock sammelnde thermische Energie kein oder nur äußerst geringes Schädigungspotential hat.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Steigern der elektrischen Leistung schrittweise erfolgen und vor einem folgenden Steigerungsschritt abgewartet werden, ob die Steigerung der elektrischen Leistung auch eine entsprechende Steigerung der in Schritt b) erfassten thermischen Leistung zur Folge hat (und damit, ob die erfasste thermische Leistung der elektrischen Leistung entspricht). Hierbei kann auch eine Toleranz der elektrischen Leistung gegenüber der erfassten thermischen Leistung einbezogen werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann auch eine relative Steigerung der elektrischen Leistung erfolgen. Hierzu könnte die elektrische Leistung schrittweise um einen relativen Wert (beispielsweise bezogen auf die aktuelle oder Nennleistung) gesteigert werden und ein weiterer Steigerungsschritt erst erfolgen, wenn eine entsprechende relative Steigerung der thermischen Leistung erfasst wurde. Vorteilhaft sind einzubeziehende Toleranzen bei einer relativen Steigerung sehr gering.
  • Eine geeignete Geschwindigkeit der Steigerung der elektrischen Leistung in Schritt c) kann dabei anhand einer Reaktionszeit zwischen einer Änderung der elektrischen Leistung und einem Erfassen der entsprechenden Änderung der thermischen Leistung bestimmt werden. Ein Bestimmen der Reaktionszeit kann beispielsweise am Anfang der Verfahrensdurchführung bei einer unkritischen elektrischen Leistung erfolgen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann bei der Durchführung von Schritt c) die elektrische Leistung auch stetig erhöht werden, beispielsweise in einem zeitlichen Verlauf von einer Mindestleistung zu der Maximalleistung innerhalb eines Steigerungszeitraumes. Ein diesem zeitlichen Verlauf entsprechend zu erwartender zeitlicher Verlauf der thermischen Leistung kann berechnet werden. Der erfasste zeitliche Verlauf der thermischen Leistung kann dabei mit dem berechneten zeitlichen Verlauf verglichen werden und bei einem Absinken des erfassten zeitlichen Verlaufs der thermischen Leistung unterhalb des berechneten zeitlichen Verlaufs der thermischen Leistung erkannt werden, dass die erfasste thermische Leistung nicht der elektrischen Leistung entspricht. Die Steigerungsgeschwindigkeit, also der Gradient der Rampenfunktion der elektrischen Leistung, bzw. eine Schrittweite bei einer schrittweisen Steigerung der Leistung sollte dabei derart gewählt werden, dass die elektrische Leistung innerhalb der Reaktionszeit nicht um einen kritischen Betrag erhöht wird.
  • Eine der elektrischen Leistung entsprechende thermische Leistung liegt vor, wenn die thermische Leistung oberhalb der elektrischen Leistung abzüglich einer Toleranz liegt. In der Regel ist die thermische Leistung geringer als die elektrische Leistung, auch aufgrund von Wärmeverlusten. Zudem können Messtoleranzen von Sensoren auftreten. Daher ist eine Toleranz zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens notwendig.
  • Eine geeignete Toleranz kann im Vorfeld in Laborversuchen ermittelt oder auch abgeschätzt werden. Hierbei ist eine ordnungsgemäße Verfahrensdurchführung mit einem geringen Schädigungspotential abzuwägen. Alternativ oder kumulativ könnte eine Toleranz auch im Rahmen der Verfahrensdurchführung in einem unkritischen, niedrigen Leistungsbereich ermittelt/ abgeschätzt werden. Hierzu könnte eine geschaltete elektrische Leistung mit einer ermittelten thermischen Leistung verglichen werden und die Toleranz ermittelt werden. Aufgrund von möglichen Schwankungen der Toleranz sollte eine ermittelte Toleranz geringfügig vergrößert (beispielsweise um 10 Prozent) werden, um eine problemlosen Verfahrensablauf zu gewährleisten.
  • Sollte die thermische Leistung unter die elektrische Leistung abzüglich der Toleranz absinken ist dies ein Zeichen für auftretende Gasanteile bzw. Luftblasen im Fluidkanal bzw. Heizblock und es kann gemäß einem Schritt d) ein (sofortiges, unmittelbares) Absenken der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers auf eine zweite elektrische Leistung erfolgen. So kann das Absinken der thermischen Leistung gegenüber der elektrischen Leistung bedeuten, dass sich thermische Energie im System, insbesondere im Heizblock, sammelt und gegebenenfalls zu einer Schädigung desselben führen.
  • Somit kann durch einen Vergleich der thermischen Leistung und der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers auf das den Fluidkanal durchströmende Medium rückgeschlossen werden und bei einem Überschreiten der elektrischen Leistung abzüglich (minus) einer Toleranz durch die thermische Leistung kann von einem den Fluidkanal durchströmenden Medium ausgegangen werden, das eine deutlich geringere Wärmekapazität hat als das angenommene Medium. Zumeist handelt es sich bei dem angenommenen Medium um Wasser, und bei einem Anteil Luft kann die thermische Leistung unterhalb der elektrische Leistung abzüglich der Toleranz absinken.
  • Die zweite elektrische Leistung kann dabei so gewählt sein, dass eine Beschädigung des Heizblockes bei auftretenden Luftblasen ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise kann die zweite elektrische Leistung der ersten elektrischen Leistung entsprechen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die zweite elektrische Leistung auch in Abhängigkeit der aufgetretenen thermischen Leistung gewählt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann, wenn erneut eine, der elektrischen Leistung entsprechende, thermische Leistung festgestellt wird, die Durchführung des Schrittes c) mit der elektrischen Leistung, bei der der Schritt d) durchgeführt wurde, oder mit der zweiten elektrischen Leistung als Ausgangspunkt für die Steigerung der elektrischen Leistung gemäß Schritt c) fortgesetzt werden
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann, wenn wieder eine der elektrischen Leistung entsprechende thermische Leistung festgestellt wird, das Verfahren mit der Durchführung des Schrittes a) fortgeführt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann auch bei auftretenden Schwankungen der Auslauftemperatur oberhalb eines Grenzwertes hinsichtlich Amplitude und / oder Häufigkeit die elektrische Leistung des Durchlauferhitzers auf die zweite Leistung gesenkt werden. So kann bei einer Schwankung der in Schritt b) erfassten thermischen Leistung von Luftblasen im Heizblock ausgegangen werden, und als Reaktion die elektrische Leistung gemindert werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Nennleistung des Durchlauferhitzers mittels eines Verhältnisses von in Schritt b) bestimmter elektrischer und thermischer Leistung bestimmt werden. Dies kann beispielsweise anhand der relativen Schaltzeiten der, die Heizdrähte steuernden, Halbleiterbauelemente (beispielsweise TRIACs (Triode for Alternating Current)) und der erfassten thermischen Leistung erfolgen. Beispielhaft kann bei einer Schaltzeit von 50 Prozent (100 Prozent würde der Nennleistung entsprechen und eine ununterbrochene Inbetriebnahme bedeuten) und einer erfassten thermischen Leistung von 13,5 Kilowatt von einem Heizblock mit einer Nennleistung von 27 Kilowatt ausgegangen werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Durchlauferhitzer vorgeschlagen, umfassend zumindest einen Fluidkanal und einen Heizblock, die dazu eingerichtet sind, den Fluidkanal durchströmendes Fluid mittels elektrischer Energie zu erwärmen, einen Durchflusssensor sowie Mittel zur Ermittlung einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers. Die thermische Leistung kann dabei insbesondere anhand einer erfassten Temperaturspreizung durch die Erwärmung des Durchlauferhitzers, einer erfassten Durchflussmenge und einer bekannten, vorgegebenen spezifischen Wärmekapazität des Fluids, insbesondere Wasser, erfolgen. Somit kann der Durchlauferhitzer insbesondere jeweils einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur im Kaltwasserzulauf, im Warmwasserauslauf (somit in Durchströmungsrichtung gesehen vor und hinter dem Heizblock) und einen Durchflusssensor umfassen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch den Durchlauferhitzer oder einem Regel- und Steuergerät des Durchlauferhitzers, den Durchlauferhitzer dazu veranlassen ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen. Der Durchlauferhitzer kann hierfür mindestens einen Durchflusssensor sowie Mittel zur Ermittlung einer thermischen Leistung desselben aufweisen, mit dem ein verfahrensdurchführender Computer elektrisch verbunden sein kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät eines Durchlauferhitzers vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Daten zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt sein, beispielsweise eine erste und/ oder zweite elektrische Leistung, eine Funktion oder Gradient einer Steigerung der Leistung des Durchlauferhitzers, eine Toleranz (der elektrischen Leistung) und/ oder Grenzwerte für auftretende Schwankungen der thermischen Leistung (hinsichtlich Amplituden und/ oder einer Häufigkeit /Frequenz) des Auftretens.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für einen Durchlauferhitzer vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen bzw. über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte, oben beschriebene Verfahren ausführen.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und Ausgestaltungen können entsprechend auch bei einem hier vorgeschlagenen Durchlauferhitzer, dem Computerprogramm und/ oder dem Regel- und Steuergerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers, ein Durchlauferhitzer, ein Computerprogramm und ein Regel- und Steuergerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers, der Durchlauferhitzer, das Computerprogramm und das Regel- und Steuergerät zumindest dazu bei, eine sicherere Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers im Anschluss an eine Installation desselben oder Arbeiten an Leitungen des Kaltwasserzulaufes zu ermöglichen. Dabei können vorteilhaft Beschädigungen des Durchlauferhitzers und/ oder von dessen Heizblock vermieden werden.
  • Zudem erfordert das vorgeschlagene Verfahren vorteilhaft keine baulichen Änderungen an einem Durchlauferhitzer und ist lediglich durch eine Implementation eines hier vorgeschlagenen Computerprogrammproduktes einsetzbar.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens,
    Fig. 2:
    einen hier vorgestellten Durchlauferhitzer,
    Fig. 3:
    einen weiteren hier vorgestellten Durchlauferhitzer.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient einer sicheren Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers 1, insbesondere einer sicheren Erstinbetriebnahme nach einer Installation oder einer Inbetriebnahme im Anschluss an Arbeiten oder einer Installation von Leitungen oder anderen Einrichtungen des Kaltwasserzulaufes. Die mit den Blöcken 110,120,130 und 140 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b), c) und d) kann sich bei einem regulären Verfahrensablauf einstellen. Insbesondere kann der Schritt b) permanente bzw. dauerhaft durchgeführt werden, insbesondere während der Durchführung der Schritte c) und d). Zudem können die Schritte c) und d) parallel bzw. zeitgleich durchgeführt werden.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch einen elektrischen Durchlauferhitzer 1 zur Erwärmung eines Fluidstromes, insbesondere eines Wasserstromes, mit einem Fluidkanal 11 der von einem Kaltwasserzulauf 8 über einen Heizblock 3 zu einem Warmwasserauslauf 9 führen kann. Dabei durchfließt der Fluidstrom den Durchlauferhitzer 1 in einer Durchströmungsrichtung 2. Der Heizblock 3 kann widerstandsbasierte Heizelemente aufweisen, die in direkten Kontakt mit dem Fluidstrom stehen können.
  • Der Durchlauferhitzer 1 kann zudem ein Regel- und Steuergerät 6 aufweisen, das zur Regelung und Steuerung des Durchlauferhitzers 1, insbesondere der Heizelemente des Heizblockes 3, eingerichtet sein kann. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 6 mit einem ersten Temperatursensor 7 im Kaltwasserzulauf 8, einem Durchflusssensor 5, einem Motorventil 4 und einem zweiten Temperatursensor 10 im Warmwasserauslauf 9 elektrisch verbunden sein. Mittels des Motorventils 4 kann die Durchflussmenge des Fluids gedrosselt werden, um eine konstante, gewünschte Temperatur am Warmwasserauslauf 9 zu gewährleisten, wenn der Heizblock 3 mit Nennleistung betrieben wird.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Darstellung eines Fluidkanals 11 des Durchlauferhitzers 1. Über den Kaltwasserzulauf 8 strömt Kaltwasser in den Fluidkanal 11 ein, wobei dessen Temperatur durch den ersten Temperatursensor 7 erfasst wird. Eine Platine 12, die Bestandteil des Regel- und Steuergerätes 6 sein kann, steuert entsprechend der Wärmeanforderung die Heizelemente des Heizblockes 3 an. Am Warmwasserauslauf 9 ist ein zweiter Temperatursensor 10 angeordnet, der zur Regelung der Temperatur des auslaufenden Warmwassers genutzt werden kann. Der Durchflusssensor 5 kann die den Fluidkanal durchströmende Durchflussmenge Wasser erfassen.
  • Die Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch ein Diagramm das die Leistung P (elektrisch oder thermisch) über der Zeit t darstellt, während der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens bei einer (Erst-)Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers 1. Im Beispiel ist die erste Leistung 0, der Heizblock 3 setzt keine elektrische Leistung um. Ein erster Verlauf 13 zeigt die elektrische Leistung und ein zweiter Verlauf 14 zeigt die ermittelte thermische Leistung. Die thermische Leistung kann dabei anhand der Temperatur des Kaltwasserzulaufs 8, erfasst am ersten Temperatursensor 7, der Durchflussmenge Wasser erfasst am Durchflusssensor 5 und der Temperatur des Wassers am Warmwasserauslauf 9, erfasst am zweiten Temperatursensor 10, ermittelt werden.
  • In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) eine Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers 1 mit einer ersten elektrischen Leistung, bei der auch bei auftretender Luft im Fluidkanal keine Beschädigung des Durchlauferhitzers zu erwarten ist. In der Fig. 4 ist die erste Leistung null.
  • In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Erfassen einer elektrischen Leistung und einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers. Die elektrische Leistung kann hierbei vom Regel- und Steuergerät 6 erfasst werden. Die thermische Leistung kann wie oben beschrieben ermittelt werden. Der Schritt b) kann insbesondere permanent während der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens durchgeführt werden.
  • In Block 130 erfolgt gemäß Schrittc) ein Steigern der elektrischen Leistung, wenn eine, der elektrischen Leistung entsprechende, thermischen Leistung erfasst/ ermittelt wird. Die Fig. 4 zeigt einen ersten Verlauf 13 der elektrischen Leistung und einen zweiten Verlauf 14 der ermittelten thermischen Leistung. In der Fig. 4 entspricht der Verlauf 14 der thermischen Leistung dem Verlauf 13 der elektrischen Leistung. Dabei ist die thermische Leistung aufgrund von Wärmeverlusten oder Toleranzen geringer als die elektrische Leistung. In dem Beispiel gemäß Fig. 4 kann die elektrische Leistung gemäß erstem Verlauf 13 gesteigert werden, da die gemessene thermische Leistung gemäß Verlauf 14 geringer als die elektrische Leistung gemäß Verlauf 13 abzüglich der Toleranz ist. Ohne Einbeziehung der Toleranz würde sich diese Leistungsdifferenz zwischen elektrischer Leistung (Verlauf 13) und thermischer Leistung (Verlauf 14) über die Zeit als Wärmeenergie im Heizblock 3 sammeln. Erst wenn die ermittelte thermische Leistung (Verlauf 14) unter Einbeziehung der Toleranz sicher unter der elektrischen Leistung (Verlauf 13) liegt, muss die elektrische Leistung sofort verringert werden, um Schäden am Heizblock 3 zu vermeiden.
  • Fig. 4 zeigt eine stetige Steigerung der elektrischen Leistung in Schritt c). Vorteilhaft kann hierbei eine relative Betrachtung der Leistungssteigerung erfolgen, um zu prüfen, ob die elektrische Leistung (Verlauf 13) der ermittelten thermischen Leistung (Verlauf 14) entspricht. Beispielhaft muss also eine Steigerung der elektrischen Leistung um 5 Prozent in einem vorgegebenen Zeitraum zu einer Steigerung der thermischen Leistung um 5 Prozent nach Ablauf der Reaktionszeit führen. Hierbei kann auch eine Toleranz einbezogen werden. Die Reaktionszeit könnte hierfür im Vorfeld in einem unkritischen Leistungsbereich ermittelt worden sein.
  • In Block 140 erfolgt gemäß Schritt d) ein Absenken der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers 1 auf eine zweite elektrische Leistung, wenn die thermische Leistung unter die elektrische Leistung abzüglich einer Toleranz absinkt. Die Durchführung des Schrittes d) ist in der Fig. 4 nicht dargestellt. Die zweite elektrische Leistung könnte dabei der ersten elektrischen Leistung entsprechen. Im Anschluss an die Durchführung des Schrittes d) könnte der Schritt c) erneut durchgeführt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Durchlauferhitzer
    2
    Durchströmungsrichtung
    3
    Heizblock
    4
    Motorventil
    5
    Durchflusssensor
    6
    Regel- und Steuergerät
    7
    erster Temperatursensor
    8
    Kaltwasserzulauf
    9
    Warmwasserauslauf
    10
    zweiter Temperatursensor
    11
    Fluidkanal
    12
    Platine
    13
    erster Verlauf
    14
    zweiter Verlauf

Claims (9)

  1. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Durchlauferhitzers (1) mit einem elektrischen Heizblock (3), einem Fluidkanal (11) von einem Kaltwasserzulauf (8) und einem Warmwasserauslauf (9) zur Durchströmung mit einem zu erwärmenden Fluid, einem Durchflusssensor (5) sowie Mitteln zum Erfassen einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Inbetriebnahme des Durchlauferhitzers (1) mit einer ersten elektrischen Leistung, bei der auch bei auftretender Luft im Fluidkanal (11) keine Beschädigung des Durchlauferhitzers (1) zu erwarten ist,
    b) Erfassen einer elektrischen Leistung und einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers (1),
    c) Steigern der elektrischen Leistung, wenn eine der elektrischen Leistung entsprechende thermischen Leistung erfasst wird, und
    d) Absenken der elektrischen Leistung des Durchlauferhitzers (1) auf eine zweite elektrische Leistung, wenn die thermische Leistung unter die elektrische Leistung abzüglich einer Toleranz absinkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Inbetriebnahme eine Erstinbetriebnahme nach einer Installation des Durchlauferhitzers (1) und/ oder nach Arbeiten an Leitungen des Kaltwasserzulaufes (8), die ein Auftreten von Luft in den Leitungen des Kaltwasserzulaufes (8), dem Kaltwasserzulauf (8) und oder dem Fluidkanal (11) erwarten lassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchlauferhitzer (1) Mittel zur Messung einer Temperatur am Warmwasserauslauf (9) umfasst und in einem Schritt d) bei auftretenden Schwankungen der Temperatur am Warmwasserauslauf (9) die elektrische Leistung auf eine zweite Leistung reduziert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Durchführung des Schrittes a) der Durchlauferhitzer (1) für einen Sicherheitszeitraum und/ oder eine Mindestdurchlaufmenge mit der ersten Leistung betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Nennleistung des Durchlauferhitzers (1) mittels eines Verhältnisses von elektrischer Leistung und thermischer Leistung bestimmt wird.
  6. Durchlauferhitzer (1), umfassend einen Fluidkanal (11) und einen Heizblock (3), dazu eingerichtet den Fluidkanal (11) durchströmendes Fluid mittels elektrischer Energie zu erwärmen, einen Durchflusssensor (5), Mittel zur Ermittlung einer thermischen Leistung des Durchlauferhitzers sowie Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  7. Durchlauferhitzer (1) nach Anspruch 6, wobei dieser einen ersten Temperatursensor (7) im Kaltwasserzulauf (8) und eine zweiten Temperatursensor (10) im Warmwasserauslauf (9) umfasst.
  8. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die einen Durchlauferhitzer (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  9. Regel- und Steuergerät (6) eines Durchlauferhitzers (1) eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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