DE2353667B2 - Durchlauferhitzer mit thermischer Steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit thermischer Steuerung und mit mehreren schaltbaren Heizkörpern, bei dem die Wasser-Auslauftemperatur im Durchlaufbetrieb um einen Sollwert schwankt.

Bei thermisch gesteuerten Durchlauferhitzern stehen sich zwei Forderungen gegenüber. Um den Benutzer einen Durchlauferhitzer zur Verfügung zu stellen, bei dem Temperaturschwankungen möglichst gering sind, ist es erforderlich, große elektrische Leistungen häufig ein- und auszuschalten. In der Praxis treten hierbei beispielsweise acht Ein- bzw. Ausschaltungen pro Minute auf. Dem steht aber entgegen, daß verschiedene Stromversorgungsuntemehmen in ihren Vorschriften die Schalthäufigkeit für von bei Durchlauferhitzern notwendigen Schaltleistungen von 18 bis 24 kW auf 0,2 Schaltungen pro Minute begrenzt haben. Die gleichzeitige Unerfüllbarkeit beider Forderungen führt dazu, daß sich bekannte Durchlauferhitzer nicht als Warmwasserbereiter für Duschen eignen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermisch gesteuerten Durchlauferhitzer zu schaffen, bei dem einerseits die Wasser-Auslauftemperatur möglichst

ίο konstant gehalten wird, ohne daß andererseits elektrische Leistungen geschaltet werden müssen, deren zulässige Schalthäufigkeit von Stromversorgungsunternehmen beschränkt ist.
Erfindungsgemäß wird obige Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Ausgleich der Temperaturschwankungen jeder Heizkörper mittels eines ihm zugeordneten, auf eine Einschalt- und eine Ausschalttemperatur eingestellten Schaltreglers schaltbar ist und daß der Schaltregler mit der höchsten Einschalttemperatur die niedrigste Ausschalttemperatur, der Schaltregler mit der niedrigsten Einschalttemperatur die höchste Ausschalttemperatur und die Schaltregler mit zwischen der höchsten und der niedrigsten Einschalttemperatur liegenden Einschalttemperaturen entsprechend mittlere Ausschalttemperatüren aufweisen. Hierdurch ist erreicht, daß die einzelnen Heizkörper im Durchlaufbetrieb nicht gleichzeitig ein- oder ausschalten. Insbesondere ist gewährleistet, daß dann, wenn ausgehend vom Sollwert die Wassertemperatur abnimmt, zunächst ein erster Heizkörper einschaltet und wenn dessen Heizleistung nicht zur Beendigung der Temperaturabnahme ausreicht, ein zweiter Heizkörper zugeschaltet ist Wird hierdurch die Zunahme der Wassertemperatur eingeleitet, dann schaltet nach dem Überschreiten des Sollwertes zunächst der zuerst eingeschaltete Heizkörper ab, und es erfolgt eine geringere, weitere Temperaturzunahme, bis auch der als zweiter eingeschaltete Heizkörper wieder abschaltet. Diese feinstufige Zuschaltung einzelner Heizkörper ermöglicht ausreichend geringe Schwankungen der Wasser-Auslauftemperatur auch dann,, wenn wechselnde Wassermengen den Durchlauferhitzer durchfließen.

Dem Wunsch nur kleine Schaltleistungen häufig zu schalten, wird insbesondere dann Rechnung getragen, wenn die Leistung des Heizkörpers mit der höchsten Einschalttemperatur kleiner ist als die Leistung der anderen Heizkörper; denn der Heizkörper mit der höchsten Einschalttemperatur und damit der niedrigsten Ausschalttemperatur wird am häufigsten geschaltet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltregler so ausgelegt, daß die Differenzen zwischen den Einschalttemperaturen und den Ausschalttemperaturen etwa gleich groß sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltungsbeispiel von drei in dem Durchlauferhitzer vorgesehenen Heizkörpern mit den zugeordneten Schaltreglern,

F i g. 2 ein weiteres Schaltungsbeispiel mit vier Heizkörpern im Durchlauferhitzer und den zugehörigen Schaltreglern,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Einschalt- und der Ausschalttemperaturen der Schaltregler nach den F i g. 1 und 2 und

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Einschalt-

und der Ausschalttemperaturen der Schaltregler nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Nach F i g. 1 sind in einem Durchlauferhitzer drei Heizkörper Nl, N2, N3 vorgesehen. Diese sind im Dreieck zwischen die Phasen R, S urd T eines Dreiphasennetzes geschaltet. In den Zweigen der Heizkörper Nl₁ N2 und N3 liegen Schaltkontakte von Schaltreglern SRi, SR2 und SR3. Die elektrischen Leistungen der Heizkörper betragen:

Nl = 4kW;N2 = 8kW;N3 = 12 kW.

Die Schaltregler SRI, SR2 und 57?3 haben Temperaturfühler, die auf die Wassertemperatur im Durchlauferhitzer ansprechen. Um zu erreichen, daß die Schaltregler schnell ansprechen, ist der Fühler mechanisch fest an dem jeweiligen Heizkörper angeordnet, insbesondere angelötet. Die Schaltregler sind so ausgebildet, daß sich ihre, in den Zweigen der zugeordneten Heizkörper liegenden Kontakte bei einer Einschalttemperatur schließen und bei einei Ausschalttemperatur öffnen. Dabei sind die Einschalttemperaturen /el, /e2 und Ze3 und die Ausschalttemperaturen ta 1, ta 2 und ta 3 verschieden hoch.

Der Schaltregler SR1 weist die höchste Einschalttemperatur te 1 und die niedrigste Ausschalttemperatur ta 1 und der Schaltregler SR 3 die niedrigste Einschalttemperatur Ze 3 und die höchste Ausschalttemperatur ta 3 auf. Die Einschalttemperatur ze 2 des Schaltreglers SR 2 liegt zwischen den anderen beiden Einschalttemperaturen, und seine Ausschalttemperatur Za 2 liegt zwischen den anderen beiden Ausschalttemperaturen. Die Differenzen zwischen den Einschalttemperaturen und den Ausschalttemperaturen sind etwa gleich groß. Die Einschalttemperaturen und die Ausschalttemperaturen liegen etwa symmetrisch zu dem Sollwert, d. h. der gewünschten Wasser-Auslauftemperatur (vgl. F ig. 3).

Die Schaltregler SRi, SR 2 und SR 3 sind zu einer Baueinheit integriert. Sie lassen sich dadurch mittels eines einzigen Antriebssystems zur Einstellung einer gewünschten Wasser-Auslauftemperatur verstellen, ohne daß hierbei die Temperaturdifferenzen zwischen den Einschalttemperaturen und den Ausschalttemperaturen verändert werden.

Im folgenden ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers beschrieben.

Wenn im Durchlauferhitzer nach seiner ersten Inbetriebnahme bzw. nach Einschaltung des Netzes kaltes Wasser ist, dann schalten sich alle drei Heizkörper Nl, N2 und N3 an. Nach Überschreiten der Solltemperatur schaltet bei der Temperatur ta i der Heizkörper Nl, danach bei der Temperatur Za 2 der Heizkörper N 2 und schließlich bei der Temperatur ta 3 der Heizkörper N3 ab. Das Wasser kühlt nun wieder ab und wird nach einer gewissen Zeit die Solltemperatur unterschreiten und die Einschalttemperatur Ze 1 des Heizkörpers N1 erreichen. Dieser schaltet mit seiner im Vergleich zu den anderen Leistungen geringen Leistung von 4 kW ein und erwärmt das Wasser, bis es die Ausschalttemperatur ta 1 erreicht hat. Die Leistung des Heizkörpers Nl reicht zur Aufrechterhaltung einer Wassertemperatur im Bereich des Sollwertes aus, wenn kein Wasser entnommen wird oder wenn nur eine geringe Wassermenge den Durchlauferhitzer durchfließt.

Ist das Zapfventil auf größere Durchflußmengen eingestellt, dann genügt die Leistung des Heizkörpers Nl nicht, um die Wassertemperatur im Bereich des Sollwertes zu halten. Die Wassertemperatur sinkt selbst nach Einschalten des Heizkörpers N1 weiter bis die Einschalttemperatur Ze 2 des Heizkörpers N2 erreicht ist. Damit wird auch dieser Heizkörper eingeschaltet.

Das den Durchlauferhitzer durchströmende Wasser wird erwärmt. Im Zuge der Erwärmung wird bei Erreichen der Ausschalttemperatur Za 1 der Heizkörper Nl abgeschaltet. Die weitere Erwärmung erfolgt nur noch durch die Leistung des Heizkörpers N2, bis dessen

ι ο Ausschalttemperatur ta 2 erreicht ist.

Wenn die Zuschaltung des Heizkörpers N 2 zur Erwärmung des durchfließenden Wassers nicht ausreicht, wird bei Unterschreiten der Einschalttemperatur Ze 3 zusätzlich der Heizkörper /V3 mit der größten Leistung eingeschaltet. Die Abschaltung der Heizkörper erfolgt bei den entsprechenden Ausschalttemperaturen ta 1, ta 2 und ta 3.

Wenn vor dem Ausschalten des Heizkörpers N 3 die Wassertemperatur bis auf die Einschalttemperatur Ze 1 sinkt, wird zunächst der Heizkörper N1 eingeschaltet.

Reicht seine Leistung zusammen mit der Leistung des Heizkörpers N 3 zur weiteren Erwärmung des Wassers aus, dann bleibt der Heizkörper N 2 abgeschaltet.

In weiteren Betriebszuständen können auch nur die Heizkörper N 2 oder N 3 oder diese beiden Heizkörper gemeinsam eingeschaltet sein. Insgesamt ist bei sämtlichen Schaltzuständen vorteilhaft, daß bei einer Temperaturabnahme zunächst ein Heizkörper mit kleiner Leistung zugeschaltet wird, der bei anschließender Temperaturerhöhung vor dem Heizkörper mit der größeren Leistung abgeschaltet wird.

Nach F i g. 2 sind zwischen die Phasen vier Heizkörper Nl, N2, N3 und N3' geschaltet. Die Heizkörper Nl und N2 liegen parallel geschaltet zwischen den Phasen ST. Der Heizkörper N3 liegt zwischen den Phasen SR und der Heizkörper N3' zwischen den Phasen RT. Den Heizkörpern sind Schaltregler R 1, R2, R3 und R3' vorgeschaltet. Die Schaltregler A3 und R 3' haben die gleiche Einschalt- und Ausschalttemperatur. Anstelle der beiden Schaltregler R 3 und R 3' kann auch nur ein einziger Schaltregler vorgesehen sein, der in den Zweigen der Heizkörper N3 und N3' liegenden Schaltkontakte betätigt.

Diese Schaltung eignet sich insbesondere für eine gleichmäßige Netzbelastung. Hierfür haben die Heizkörper beispielsweise folgende Leistungen:

Nl = 4kW;N2 = 4kW;N3 = 8kWund
N3' = 8 kW.

Falls die maximale Leistung benötigt wird, liegt zwischen allen drei Phasen die Leistung von 8 kW. Wenn nur die Heizkörper N3 und N3' eingeschaltet sind, die bei einer Einschalttemperatur ZeS ein- und bei einer Ausschalttemperatur ta 3 ausschalten, liegt wenigstens zwischen den Phasen RS und den Phasen ÄTdie gleiche Leistung (vgl. Fig.3). Die Wirkungsweise der Schaltung entspricht der zur F i g. 1 beschriebenen. In F i g. 3 ist die im Vergleich zu F i g. 1 andere Leistungsaufteilung zwischen den einzelnen Heizkörpern strichliert dargestellt.

Im Rahmen der Erfindung sind weitere Aufteilungen und Abstufungen der Gesamtheizleistung des Durchlauferhitzers oder der Einschalt- bzw. Ausschalttemperaturen möglich. Beispielsweise kann die Leistung des Heizkörpers N 2 auf zwei weitere Heizkörper aufgeteilt werden. Damit ist im Bedarfsfalle eine Verfeinerung der Unterteilung der zuzuschaltenden Heizleistung bei Verwendung eines weiteren Schaltreglers möglich.

Die in F i g. 3 angegebenen Temperaturwerte sind nur als Beispiel aufzufassen. Diese Temperaturwerte verschieben sich schon dann, wenn die gewünschte Wasser-Auslauftemperatur, d. h. die Solltemperatur verschoben wird.

Wählt man jedoch eine Gesamtheizleistungsanordnung, bei der zum Beispiel drei Heizkörper gleich große und die weiteren größer werdende Leistungen aufweisen, ist es lediglich erforderlich, die größer werdenden Leistungen erfindungsgemäß zu schalten. Bei den gleich großen, zuerst geschalteten Heizleistungen genügt es, dieselben mit Reglerkontakten gleicher Schaltdifferenz zu schalten, da es ja unerheblich ist, ob die zuerst oder zuletzt geschaltete aus- bzw. wieder eingeschaltet wird, bei erreichter bzw. unterschrittener Solltemperatur.

An Hand der Fig. 4 soll ein Beispiel einer solchen Schaltungsanordnung näher verdeutlicht werden. Die drei in diesem Beispiel wiedergegebenen Heizkörper gleich großer Leistung sind mit den Reglerkontakten t1 bis /3 verbunden, während die Heizkörper größer werdender Leistung mit den verbleibenden Kontakten 14 bis t5 verbunden sind.

Die Einschalttemperatur der gleich großen Heizkörper ist vorzugsweise um einen gleichen Temperaturwert nach unten versetzt (te\ bis ie 3), während die Auschalttemperaturen um den gleichen Differenzwert ebenfalls nach unten versetzt sind (ta 1 bis ta 3). Bei den nunmehr größer werdenden Schaltleistungen ist zwar die Einschalttemperatur weiterhin in der gleichen Temperaturstufung nach unten versetzt (te4, ie 5), die

ίο Ausschaltlemperatur ta 4 ist jedoch dabei mit Sicherheit so weit nach oben versetzt, daß sie die Ausschalttemperatur ta 1 des zuerst geschalteten Heizkörpers mit Sicherheit überschreitet.
Der in diesem Beispiel noch weiter angegebene Heizkörper mit Einschalttemperatur te5 und Ausschalttemperatur ta 5 ist dabei weiterhin erfindungsgemäß verschaltet, d.h. seine Einschalttemperatur ie5 ist kleiner als die von te 4 (der zuvor geschaltete Heizkörper) und seine Ausschalttemperatur ta 5 ist entsprechend größer gewählt als die von ta 4.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Durchlauferhitzer mit thermischer Steuerung und mit mehreren schaltbaren Heizkörpern, bei dem die Wassser-Auslauftemperatur im Durchlaufbetrieb um einen Sollwert schwankt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Temperaturschwankungen jeder Heizkörper (Ni, N2, N3) mittels eines ihm zugeordneten, auf eine Einschalttemperatur (te 1, te 2, te 3) und eine Ausschalttemperatur (tat, ta2, ta3) eingestellten Schaltreglers (SRi, SR2, SR3) schaltbar ist und daß der Schaltregler (SR 1) mit der höchsten Einschalttemperatur (tei) die niedrigste Ausschalttemperatur (tai), der Schaltregler (SR 3) mit der niedrigsten Einschalttemperatur (te 3) die höchste Ausschalttemperatur (ta 3) und der bzw. die Schaltregler (SR 2) mit zwischen der höchsten und der niedrigsten Einschalttemperatur liegenden Einschalttemperaturen (te 2) entsprechend mittlere Ausschalttemperaturen (ta 2) aufweisen.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalttemperaturen (te) und die Ausschalttemperaturen (ta) etwa symmetrisch zu dem Sollwert liegen.

3. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzen zwischen den einzelnen Einschalttemperaturen (te 1, te 2, te 3) etwa gleich groß sind.

4. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzen zwischen den einzelnen Ausschalttemperaturen (ta 1, ta 2, ta 3) etwa gleich groß sind.

5. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzen zwischen den Einschalttemperaturen (te)una den Ausschalttemperatur;" 'te) etwa gleich groß sind.

6. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltregler Temperaturfühler aufweisen, die an den ihnen zugeordneten Heizkörpern befestigt sind.

7. Durchlauferhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltregler einen gemeinsamen Temperaturfühler aufweisen, der von dem Reglerkontakt mit höchster Einschalt- und niedrigster Ausschalttemperatur geschaltet wird.

8. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltregler zu einer Baueinheit integriert sind.