DE4034635C1 - Operating electric throughflow heater - setting desired temp. by thermostatic valve in by=pass of heating block contg. elements switchable in power stages by control - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Durchlauferhitzers mit mehreren Heizkörpern in einem Heizblock, die mittels einer Steuereinrichtung in mehreren Heizleistungsstufen schaltbar sind, mit einem Differenzdruckschalter zum Einschalten einer ersten Heizleistungsstufe, sowie mit einem Bypass zum Heizblock, wobei ein Thermostatventil den Durchfluß des Bypasses zum Erreichen einer Solltemperatur einstellt, und mit einer im Wasserweg in Reihe zum Heizblock liegenden Drossel.

Ein derartiger Durchlauferhitzer ist in der DE 23 55 988 C2 beschrieben. Die Heizleistungsstufen werden dort in Abhängigkeit von dem am Differenzdruckschalter jeweils abfallenden Druck über mehrere Schaltstellungen geschaltet. Die Justierung der Schaltstellungen ist aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Durchlauferhitzer die eingeschaltete Leistung dem Wasserdurchfluß auf einfache Weise anzupassen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß bei Beginn eines Zapfvorgangs ein die Drossel überbrückendes Schaltventil geschlossen ist, und von der Drossel der Fließdruckverlust im Wasserweg des Heizblocks erhöht wird und vom Differenzdruckschalter eine erste Heizleistungsstufe eingeschaltet wird, daß nach einer bestimmten Zeit nach Beginn des Zapfvorgangs das Schaltventil von der elektronischen Steuereinrichtung geöffnet wird, daß, solange von einem Sensor kein Kaltwasserdurchfluß durch den Bypass erfaßt wird, die elektronische Steuereinrichtung nacheinander weitere Heizleistungsstufen einschaltet, und daß bei einem vom Sensor erfaßten Kaltwasserdurchfluß durch den Bypass die elektronische Steuereinrichtung keine weiteren Heizleistungsstufen einschaltet.

Der Differenzdruckschalter ist dabei so ausgelegt, daß er schon dann anspricht, wenn eine Mindestdurchflußmenge zu Beginn eines Zapfvorgangs über die Drossel fließt. Durch das Öffnen des Schaltventils erhöht sich dann die Durchflußmenge, so daß der Differenzdruckschalter geschaltet bleibt, auch wenn durch den Bypass ein Wasserfluß erfolgt, der den Wasserfluß über den Differenzdruckschalter bzw. den Heizblock reduziert. Der Differenzdruckschalter schaltet erst ab, wenn der Wasserfluß die Mindestdurchflußmenge unterschreitet.

Der Wasserfluß durch den Bypass wird vom Thermostatventil so gesteuert, daß zum Erreichen einer eingestellten Solltemperatur dem aus dem Heizblock austretenden Heißwasser entsprechend Kaltwasser zugemischt wird. Der Sensor im Bypass erfaßt nur, ob durch den Bypass Kaltwasser oder kein Kaltwasser fließt. Fließt durch den Bypass kein Kaltwasser, dann ist dies ein Zeichen dafür, daß die Solltemperatur mit der eingestellten Heizleistung noch nicht erreicht ist. Dementsprechend erfolgt dann in gewissen Zeitabständen nacheinander die Einschaltung weiterer Heizleistungsstufen. Sobald dann Kaltwasser durch den Bypass fließt, ist dies ein Zeichen dafür, daß die Solltemperatur erreicht ist. Weitere Heizleistungsstufen werden dann nicht mehr zugeschaltet.

Die eingeschaltete Heizleistung ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Solltemperatur in einfacher Weise dem jeweiligen Wasserdurchfluß angepaßt. Dadurch wird die Temperatur des Wasser im Heizblock nicht unnötig hoch. Dies verringert die Verkalkung im Heizblock und erhöht die Lebensdauer der Heizkörper. Der Aufbau des Durchlauferhitzers ist vergleichsweise einfach, da erprobte Bauteile und eine vergleichsweise einfache elektronische Steuereinrichtung genügen.

Die den Durchlauferhitzer im Betrieb durchfließende Wassermenge ist im wesentlichen nur von der Einstellung des an den Durchlauferhitzer angeschlossenen Zapfventils abhängig. Der Durchlauferhitzer selbst führt nicht zu erheblichen Schwankungen der Wasserdurchflußmenge, da dann, wenn das Schaltventil offen ist, eine Erhöhung der Durchflußmenge über den Bypass zu einer Erniedrigung der Durchflußmenge durch den Heizblock führt.

In Ausgestaltung der Erfindung schaltet die Steuereinrichtung jeweils nach einer bestimmten Zeitdauer jeweils eine weitere Heizleistungsstufe zu, solange kein Kaltwasser durch den Bypass fließt. Beispielsweise wird jeweils nach einer Zeitdauer von 1 s bis 2 s die nächsthöhere Heizleistungsstufe zugeschaltet, wenn die vorherige Heizleistungsstufe nicht dazu geführt hat, daß über das Thermostatventil bzw. den Bypass Kaltwasser zugemischt wird, um die Solltemperatur zu erreichen.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinrichtung die weiteren Heizleistungsstufen jeweils in Abhängigkeit von der den Heizblock durchfließenden Durchflußmenge einschalten.

In Ausgestaltung der Erfindung schaltet die Steuereinrichtung bei sinkender Durchflußmenge durch den Heizblock die Heizleistungsstufen nacheinander ab. Dadurch ist erreicht, daß dann, wenn die den Bypass durchströmende Durchflußmenge nicht ausreicht, das Heißwasser des Heizblocks auf die Solltemperatur zu bringen, die Heizleistung herabgesetzt wird. Dies kann über einen Durchflußmesser beim Heizblock erfaßt werden, da die Durchflußmenge am Heizblock sinkt, wenn sich die Durchflußmenge durch den Bypass erhöht.

In Weiterbildung der Erfindung schließt das Schaltventil dann, wenn selbst bei der höchsten, eingeschalteten Heizleistungsstufe kein Kaltwasser durch den Bypass fließt, wodurch die Drossel wieder wirksam wird. Dadurch ist erreicht, daß dann, wenn auch bei der höchsten, eingeschalteten Heizleistungsstufe die Solltemperatur unterschritten bleibt, die den Heizblock durchströmende Wassermenge reduziert wird, so daß danach - wenn auch mit verringerter Durchflußmenge - die gewünschte Solltemperatur erreicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Durchlauferhitzers.

Ein Durchlauferhitzer weist einen Heizblock (1) auf, in dem fünf Heizkörper (2 bis 6) angeordnet sind. Die Heizkörper (2 bis 6) sind an die drei Phasen (L1, L2, L3) des Drehstromnetzes anschließbar. Die Heizkörper (2, 3, 6) liegen in Sternschaltung am Sternpunkt (Y). Zwischen den Phasen (L1, L2, L3) und den Heizkörpern (2, 3, 6) liegen Schaltkontakte (7, 8, 9), die gleichzeitig von einem Differenzdruckschalter (10) betätigbar sind. Zwischen dem Schaltkontakt (7) und dem Heizkörper (2) liegt ein Triac (11). Zwischen dem Schaltkontakt (8) und dem Heizkörper (3) liegt ein Triac (12). Außerdem ist zwischen den Schaltkontakt (8) und einen Verbindungspunkt (13) der Heizkörper (4, 5) ein Triac (14) geschaltet. Andererseits des Verbindungspunktes (13) ist der Heizkörper (4) mit dem Heizkörper (3) und der Heizkörper (5) mit dem Schaltkontakt (8) verbunden.

Die Triacs (11, 12, 14) sind von einer elektronischen Steuereinrichtung (15) einzeln schaltbar.

Einem Kaltwasserzulauf (16) ist eine Drossel (17) nachgeschaltet. Dieser ist ein Schaltventil (18) parallelgeschaltet, das mittels eines Magnetantriebs (19) von der Steuereinrichtung (15) steuerbar ist.

Der Drossel (17) ist eine Venturidüse (20) im Wasserweg nachgeschaltet, an die der Differenzdruckschalter (10) angeschlossen ist. Zwischen der Venturidüse (20) und dem Heizblock (1) liegt im Wasserweg ein Durchflußmesser (21).

An den Kaltwasserzulauf (16) ist außerdem ein Bypass (22) angeschlossen. In diesem ist ein Thermostatventil (23) als Mischventil angeordnet, in das ein Heißwasserauslauf (24) des Heizblocks (1) mündet. Das Thermostatventil (23) ist mittels eines Stellgliedes (25) auf eine Solltemperatur einstellbar.

Ein Temperaturfühler (26) des Thermostatventils (23) erfaßt die Wassertemperatur am Mischwasserauslauf (27). Das Thermostatventil (23) stellt sich in Abhängigkeit von der eingestellten Solltemperatur und der am Mischwasserauslauf (27) erreichten Temperatur so ein, daß dem Heißwasser des Heißwasserauslaufs (24) über den Bypass (22) eine Kaltwassermenge zugemischt wird, mit der die gewünschte Solltemperatur erreicht wird. Der Mischwasserauslauf (27) ist an eine Zapfarmatur (28) anschließbar. Im Bypass (22) ist ein Sensor (29) angeordnet, der erfaßt, ob der Bypass (22) von Kaltwasser durchflossen ist. Der Sensor (29) ist an die Steuereinrichtung (15) angeschlossen.

Insgesamt ist mit der beschriebenen Anordnung eine Schaltung von sechs Heizleistungsstufen möglich. Die Steuereinrichtung (15) ist so ausgelegt, daß sie sich über die Triacs (11, 12, 14) etwa folgendermaßen schaltet:
 7,3 kW bei 5,9 l/min ein, bei 1,6 l/min aus;
10,5 kW bei 7,1 l/min ein, bei 2,4 l/min aus;
13,5 kW bei 7,9 l/min ein, bei 3,0 l/min aus;
17,1 kW bei 8,5 l/min ein, bei 3,8 l/min aus;
21,3 kW bei 9,0 l/min ein, bei 4,8 l/min aus.

Die angegebenen Durchflußmengen beziehen sich dabei auf die vom Durchflußmesser (21) erfaßten Durchflußmengen.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Durchlauferhitzers ist etwa folgende:

Wird die Zapfarmatur (28) geöffnet, dann ist das Schaltventil (18) zunächst geschlossen und der Kaltwasserstrom zum Heizblock (1) fließt nur über die Drossel (17), deren Fließdruckverlust, d. h. Strömungswiderstand wesentlich größer ist, als der des Schaltventils (18) - in seinem geöffneten Zustand -. Bei einer Mindestdurchflußmenge von etwa 3,4 l/min spricht der Differenzdruckschalter (10) an, so daß die drei Schaltkontakte (7, 8, 9) schließen. Es ist nun eine erste, niedrigste Heizleistungsstufe von beispielsweise 4,3 kW eingeschaltet. Die Triacs (11, 12, 14) sind noch gesperrt. Das Thermostatventil (23) ist geschlossen, solange die Solltemperatur nicht erreicht ist. Die Steuereinrichtung (15) erfaßt über den Durchflußmesser (21) den Beginn des Zapfvorgangs. Nach einer gewissen Zeit öffnet sie das Schaltventil (18), wodurch sich die Durchflußmenge durch den Heizblock (1) beträchtlich, beispielsweise auf 5 l/min erhöht.

Die Steuereinrichtung (15) fragt dann in gewissen Zeitabständen, beispielsweise alle 1 bis 2 s den Sensor (29) ab. Solange dieser keinen Kaltwasserdurchfluß meldet, schaltet die Steuereinrichtung (15) über die Triacs (11, 12 bzw. 14) die Heizleistung stufenweise hoch.

Wenn das Thermostatventil (23) öffnet, die Solltemperatur also erreicht wird, dann erfaßt der Sensor (29) einen Kaltwasserstrom. Dadurch unterbricht die Steuereinrichtung (15) ein weiteres Hochschalten der Heizleistungsstufen.

Wird die Solltemperatur überschritten, dann nähert sich das Thermostatventil (23) seinem vollgeöffneten Zustand. Dadurch reduziert sich die Wasserdurchflußmenge durch den Heizblock (1). Diese Durchflußverringerung erfaßt der Durchflußmesser (21) und die Steuereinrichtung (15) schaltet dann die Heizleistung entsprechend der oben angegebenen Tabelle zurück.

Wird trotz Einschaltens der höchsten Heizleistungsstufe (21,3 kW) bei sehr hoher Durchflußmenge, beispielsweise 9,0 l/min, die eingestellte Solltemperatur nicht erreicht, dann bleibt das Thermostatventil (23) geschlossen, so daß der Sensor (29) keinen Wasserdurchfluß ermittelt. Die Steuereinrichtung (15) schließt dann das Schaltventil (18), wodurch der Wasserfluß zum Heizblock (1) über die Drossel (17) und damit reduziert erfolgt, so daß die eingeschaltete Heizleistung genügt, um die Solltemperatur zu erreichen.

Ist die Durchflußmenge der Zapfarmatur (28) bei deren Öffnen größer als 3,4 l/min, beispielsweise 5,9 l/min, dann schaltet der Durchlauferhitzer mit einer entsprechend höheren Heizleistungsstufe, beispielsweise 7,3 kW, ein.

Das beschriebene Schalten der Heizleistungsstufen erfolgt ohne weiteres auch dann, wenn die Zapfarmatur (28) verstellt wird, oder der Druck des Wassernetzes schwankt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Durchlaufer­ hitzers mit mehreren Heizkörpern in einem Heizblock, die mittels einer Steuereinrichtung in mehreren Heizleistungs­ stufen schaltbar sind, mit einem Differenzdruckschalter zum Einschalten einer ersten Heizleistungsstufe sowie mit einem Bypass zum Heizblock, wobei ein Thermostatventil den Durchfluß des Bypasses zum Erreichen einer Solltemperatur einstellt, und mit einer im Wasserweg in Reihe zum Heiz­ block liegenden Drossel, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn eines Zapfvorgangs ein die Drossel (17) überbrücken­ des Schaltventil (18) geschlossen ist und von der Drossel (17) der Fließdruckverlust im Wasserweg des Heizblocks (1) erhöht wird und vom Differenzdruckschalter (10) eine erste Heizleistungsstufe eingeschaltet wird, daß nach einer bestimmten Zeit nach Beginn des Zapfvorgangs das Schalt­ ventil (18) von der elektronischen Steuereinrichtung (15) geöffnet wird, daß, solange von einem Sensor (29) kein Kaltwasserdurchfluß durch den Bypass (22) erfaßt wird, die elektronische Steuereinrichtung (15) nacheinander weitere Heizleistungsstufen einschaltet und daß bei einem vom Sensor erfaßten Kaltwasserdurchfluß durch den Bypass (22) die elektronische Steuereinrichtung (15) keine weiteren Heizleistungsstufen einschaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß solange der Sensor (29) keinen Kaltwasserdurchfluß durch den Bypass (22) erfaßt, die Einschaltung einer wei­ tere Heizleistungsstufe jeweils nach einer bestimmten Zeitdauer erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß solange der Sensor (29) keinen Kaltwasserdurch­ fluß durch den Bypass (22) erfaßt, die weiteren Heizleistungsstufen jeweils in Abhängig­ keit von der den Heizblock (1) durchfließenden Durchfluß­ menge eingeschaltet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) bei sinkender Durchflußmenge durch den Heizblock (1) die Heiz­ leistungsstufen nacheinander abschaltet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn selbst bei der höchsten eingeschalteten Heizleistung der Sensor (29) kein den Bypass (22) durchfließendes Kaltwasser erfaßt, das Schaltventil (18) geschlossen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (17) vor dem Differenzdruckschalter (10) vom Kaltwasser durchflossen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Differenzdruckschal­ ter (10) der Durchlauferhitzer über Schaltkontakte (7, 8, 9) allpolig an das Drehstromnetz (L1, L2, L3) angeschaltet wird und daß mittels der Steuereinrichtung (15) den Schaltkon­ takten (7, 8) nachgeschaltete Triacs (11, 12, 14) für das Schalten der weiteren Heizleistungsstufen durchgeschaltet oder gesperrt werden.