CH686849A5

CH686849A5 - Durchlauferhitzer.

Info

Publication number: CH686849A5
Application number: CH00680/93A
Authority: CH
Inventors: Joerg Littek
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1996-07-15
Also published as: DE4308231A1; AT403868B; ATA50092A

Description

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CH 686 849 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchlauferhitzer mit in einer Kammer aus einem elektrisch isolierenden Material angeordneten elektrischen Blankdraht-Heizkörper, welche Kammer über geerdete metallische Anschlussstücke mit einem Was-serzu- und einem Wasserablauf verbunden ist, wobei zwischen den Anschlussstücken und den Heizkörpern, deren spannungsführende Teile in einem direkten Kontakt mit dem Wasser stehen, wobei der beziehungsweise die über eine Leistungssteuerung mit einer Stromversorgung verbundenen Heizkörper durch Vorlaufstrecken von den geerdeten metallischen Anschlussstücken beabstandet gehalten sind.

Bei solchen Durchlauferhitzern ist im Betrieb das Vorhandensein von Luftblasen im Bereich der Heizkörper kritisch, da diese dann nicht mehr ausreichend gekühlt werden, wodurch es zu deren Überhitzung und Zerstörung kommen kann.

Ziel der Erfindung ist es, einen Durchlauferhitzer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine einfache Erkennung von eingangsseitig im Wasser befindlichen Luftblasen möglich ist.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in eine Vorlaufstrecke eine Elektrode hineinragt, die mit den beiden so entstehenden Teilstük-ken der Vorlaufstrecke einen Potentialteiler bildet, und dass an der Elektrode ein Spannungssignal abgreifbar ist, das einer Auswerteschaltung zuführbar ist.

Durch diese Massnahmen ist eine einfache Erkennung von Luftblasen möglich. Dazu genügt es, zum Beispiel die beiden an dem Potentialteiler abgreifbaren Teilspannungen miteinander zu vergleichen, die sich bei einer Änderung des Widerstandes in einem Teilabschnitt einer Vorlaufstrecke ändern. Dabei kann die Differenz beziehungsweise ein Quotient aus den beiden Teilspannungen gebildet werden. Werden nun Luftblasen vom zuströmenden Wasser mitgerissen, so verändert sich der elektrische Widerstand. Dadurch ändert sich aber auch der Quotient beziehungsweise die Differenz der beiden Teilspannungen zwischen dem Potentialteiler und einem Anschlussstück einerseits und dem Potentialteiler und dem nächstgelegenen Heizkörper andererseits. Dieser Vorgang stellt einen sehr eindeutigen Hinweis auf vorhandene Luftblasen dar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung durch einen Differenzverstärker gebildet ist, dessen eine Eingang mit der Elektrode dem Potentialteiler und dessen zweiter Eingang mit dem Mittelan-schluss eines parallel zu einem der Heizkörper geschalteten Spannungsteilers verbunden ist, dessen Teilungsverhältnis dem durch die Elektrode gegebenen Teilungsverhältnis des zwischen den geerdeten Anschlussstücken und den mit dem Wasser in direktem Kontakt stehenden Heizkörper liegenden Potentials bei homogener Wasserfüllung entspricht, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Leistungssteuerung des beziehungsweise der Heizkörper verbunden ist.

Auf diese Weise kann ebenfalls eine Änderung des Widerstandes im Bereich zwischen dem Potentialteiler und einem Heizkörper sehr einfach erkannt werden, wobei die Änderung des Widerstandes in diesem Teilabschnitt durch Luftblasen bedingt ist. Dabei bleibt der eine Eingang des Differenzverstärkers, der mit dem Mittelabgriff der Spannungsteilerschaltung verbunden ist, praktisch stets auf einem gleichen Potential. Der zweite Eingang dieses Differenzverstärkers liegt ebenfalls auf einem gleichbleibenden Potential, so lange eine homogene Wasserfüllung vorliegt. Durch im Wasser mitgeführte Luftblasen kommt es jedoch zu einer Potentialverschiebung, da es zu einer Änderung des Widerstandes im Bereich der Teilstrecke der Vorlaufstrecke zwischen dem Potentialteiler und dem benachbarten Heizkörper kommt, sobald Blasen auftreten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung einen Rechner aufweist, der aus der an dem beziehungsweise den Heizkörper(n) anliegenden Spannung eine an dem Potentialteiler anliegende Teilspannung nach dem Algorithmus

Uh = Ue/(1 + f)

errechnet, wobei Ue eine Teilspannung, e die zwischen einem geerdeten Anschlussstück und einem Heizkörper anstehende Spannung und f einen Formfaktor bedeuten, wobei sich letzterer aus dem Algorithmus f = h * A2/I2 * A1

errechnet, wobei Ii eine erste Teillänge zwischen einem Anschlussstück und der Elektrode, I2 eine zweite Teillänge zwischen der Elektrode und einem Heizkörper, A2 die Querschnittsfläche der zweiten Teillänge der Vorlaufstrecke und A1 die Querschnittsfläche der ersten Teillänge der Vorlaufstrek-ke bedeuten, und der Rechner aus einer an der Elektrode gemessenen Spannung Um und der errechneten Teilspannung Uh einen Differenzwert liefert, der als Fehlersignal der Leistungssteuerung zuführbar ist.

Bei dieser Ausführungsform wird eine Teilspannung am Potentialteiler messtechnisch erfasst und die zweite Teilspannung rechnerisch aus der momentanen Belastung des Durchlauferhitzers, der von der Leistungssteuerung gesteuert ist, ermittelt. Aus diesen Werten wird dann die Differenz errechnet. Dieser Differenzwert beeinflusst dann die Leistungssteuerung, um die den Heizkörpern zugeführte Leistung zu reduzieren, um deren Zerstörung zu vermeiden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemässen Durchlauferhitzer,

Fig. 2 schematisch die Spannungsverteilung im Bereich einer Vorlaufstrecke und

Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vorlaufstrecke.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, weist der

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Durchlauferhitzer eine Kammer 1 auf, in der drei Blankdraht-Heizkörper 2 angeordnet sind, die an eine Leistungssteuerung 3 angeschlossen sind. Dabei stehen die elektrischen Heizkörper 2 mit ihren spannungsführenden Teilen in direktem Kontakt mit dem zu erwärmenden Wasser.

Die Zu- und Ableitungen für das Wasser aus einem Kaltwasseranschluss und zu einer Zapfstelle sind über geerdete metallische Anschlussstücke 4 mit der Kammer 1 verbunden. Da die Heizkörper 2 an Spannung liegen, bildet sich im Bereich der sich zwischen den Anschlussstücken 4 und den Heizkörpern 2 erstreckenden Vorlaufstrecken 5 eine Potentialdifferenz aus. In die Vorlaufstrecke 5 greift eine Elektrode 6 ein, die mit den beiden Teilstücken h und I2 der Vorlaufstrecke einen Potentialteiler bildet, der mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 7 verbunden ist.

Der zweite Eingang des Differenzverstärkers 7 ist mit einem Mittelabgriff eines Spannungsteilers, bestehend aus Widerständen Ri, R2 verbunden, der parallel zu einem Heizkörper 2 geschaltet ist.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 7 ist mit der Leistungssteuerung 3 verbunden, die von einem Drehstromnetz Li, L2, L3 versorgt ist.

Fig. 2 zeigt die Spannungsverhältnisse in der Vorlaufstrecke. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Vorlaufstrecke 5 einen durchgehend gleichbleibenden Querschnitt auf. Unter der Voraussetzung, dass die gesamte Vorlaufstrecke homogen mit Wasser gefüllt ist, entspricht daher das Verhältnis der zwischen der Elektrode 6 und dem Anschlussstück 4 abgreifbaren Spannung Um zur zwischen dem Anschlussstück 4 und dem Heizkörper 2 abgreifbaren Gesamtspannung Ue dem Verhältnis der Länge b der Vorlaufstrecke 5 zwischen dem Anschlussstück 4 und der Elektrode 6 zur Gesamtlänge der Vorlaufstrecke 5 zwischen dem Anschlussstück 4 und dem diesem benachbarten Heizkörper 2.

Es ergibt sich daher für den Fall einer homogenen Wasserfüllung der Vorlaufstrecke das aus der Fig. 3 ersichtliche Ersatzschaltbild. Dabei entspricht der Widerstand R3 der Wassersäule im Teilstück der Länge h der Vorlaufstrecke 5 zwischen der Elektrode 6 und dem Heizkörper 2 und der Widerstand R4 der Wassersäule im Teilstück der Länge I2 der Vorlaufstrecke 5 zwischen dem Anschlussstück 4 und der Elektrode 6.

Die Teil widerstände R3 und R4 ergeben sich aus den Teilvolumina der Längen h und I2 der Vorlaufstrecke 5 nach den folgenden Beziehungen:

R3 = 8 1 * h/AI R4 = 8 2 * I2/IA2

wobei 8 den spezifischen Widerstand des Wassers [o], 1 die Länge des Teilvolumens [m] und A den Querschnitt des Teilvolumens [m2] bedeuten.

Die in diesem Fall messbare Spannung Uh ergibt sich dabei aus der Beziehung:

Uh = Ue/(1 + R3/R4)

setzt man für R3 und R4 die obigen Formeln ein, so ergibt sich:

Uh = Ue/(1 + f * 81/82)

wobei f ein konstanter Geometriefaktor ist, der sich nach der folgenden Beziehung errechnet:

f = H * A2/Iz * A1

Im Falle einer homogenen Wasserfüllung der beiden Teilstrecken h und I2 der Vorlaufstrecke 5 ergibt sich eine gleiche Leitfähigkeit des Wassers in beiden Abschnitten, so dass sich die Spannung Uh aus der Beziehung

Uh = Ue/ (1 + f)

errechnet. Die so errechnete Spannung Uh stimmt in diesem Fall mit der messbaren Spannung Um überein. Es gilt Um = Uh

Sobald jedoch im Teilabschnitt zwischen der Elektrode 6 und dem Heizkörper 2 Luftblasen auftreten, erhöht sich in diesem Teilabschnitt der spezifische Widerstand und damit auch der Widerstand dieses Abschnittes. Dadurch kommt es zu einer Differenz zwischen den beiden Teilspannungen Um und Uh.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 wird eine allenfalls auftretende Differenzspannung direkt messtechnisch erfasst, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers 7 auf einem Potential liegt, das dem an der Elektrode 6 bei homogener Füllung der Vorlaufstrecke 5 mit Wasser abgreifbaren Potential entspricht. Sind im Wasser eines Teilstückes des Vorlaufes Luftblasen enthalten, so verändert sich die an der Elektrode 6 abgreifbare Spannung und es kommt zur Abgabe eines entsprechenden Differenzsignales.

Claims

Patentansprüche

1. Durchlauferhitzer mit in einer Kammer aus einem elektrisch isolierenden Material angeordneten elektrischen Blankdraht-Heizkörper, welche Kammer über geerdete metallische Anschlussstücke mit einem Wasserzu- und einem Wasserablauf verbunden ist, wobei zwischen den Anschlussstücken und den Heizkörpern, deren spannungsführende Teile in einem direkten Kontakt mit dem Wasser stehen, wobei der beziehungsweise die über eine Leistungssteuerung mit einer Stromversorgung verbundenen Heizkörper durch Vorlaufstrecken von den geerdeten metallischen Anschlussstücken beabstandet gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Vorlaufstrecke (5) eine Elektrode hineinragt, die mit den beiden so entstehenden Teilstücken der Vorlaufstrecke einen Potentialteiler bildet, und dass an der Elektrode ein Spannungssignal abgreifbar ist, das einer Auswerteschaltung zuführbar ist.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerleschaltung durch einen Differenzverstärker (7) gebildet ist, dessen einer Eingang mit der Elektrode (6) und dessen zweiter Eingang mit dem Mittelanschluss eines parallel zu einem der Heizkörper (2) geschalteten Spannungsteilers (Ri, R2) verbunden ist, dessen Teilungsverhältnis dem durch die Elektrode (6) gege-

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3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Rechner aufweist, der aus der an dem beziehungsweise den Heizkörper(n) (2) anliegenden Spannung eine an der Elektrode (6) anliegende Teilspannung nach dem Algorithmus

Uh = Ue/(1 + f)

errechnet, wobei Ue eine Teilspannung, Ue die zwischen einem geerdeten Anschlussstück (4) und einem Heizkörper (2) anstehende Spannung und f einen Formfaktor bedeuten, wobei sich letzterer aus dem Algorithmus f = Ii * A2/I2 * A1

errechnet, wobei h eine erste Teillänge zwischen einem Anschlussstück (4) und der Elektrode (6), I2 eine zweite Teillänge zwischen der Elektrode (6) und einem Heizkörper (2), A2 die Querschnittsfläche der zweiten Teillänge der Vorlaufstrecke (5) und A1 die Querschnittsfläche der ersten Teillänge (Ii) der Vorlaufstrecke (5) bedeuten, und der Rechner aus einer an der Elektrode (6) gemessenen Spannung und der errechneten Teilspannung Uh einen Differenzwert liefert, der als Fehlersignal der Leistungssteuerung (3) zuführbar ist.

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benen Teilungsverhältnis des zwischen den geerdeten Anschlussstücken (4) und den mit dem Wasser in direktem Kontakt stehenden Heizkörper (2) liegenden Potentials bei homogener Wasserfüllung entspricht, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (7) mit der Leistungssteuerung des beziehungsweise der Heizkörper (2) verbunden ist.