CN111623520A - 带有安全电路的连续式加热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热液体的连续式加热器，其包括：流体流通的通道组件，通道组件具有至少一个被设置用于加热液体的加热通道，加热通道具有至少一个布置在其中的电加热元件；控制电子器件，控制电子器件被设置用于操控电子功率开关；流量测量装置，流量测量装置与控制电子器件电连接并且被设置用于检测液体的流经通道组件的体积流并且提供脉冲的测量信号，其中，测量信号的脉冲的数量与体积流的大小相关并且其特征在于，连续式加热器包括安全电路，安全电路在输入端侧与所述流量测量装置连接并且在输出端侧与控制电子器件连接，以便根据借助于流量测量装置检测的体积流是否大于最小体积流预设值来提供用于操控电子功率开关的供应电压。

Description

带有安全电路的连续式加热器

技术领域

本发明涉及一种用于加热液体的连续式加热器，其包括：流体流通的通道组件，所述通道组件具有至少一个被设置用于加热液体的加热通道，所述加热通道具有至少一个布置在其中的电加热元件；控制电子器件，所述控制电子器件被设置用于操控电子功率开关，以便以电的方式来运行至少一个加热元件并且控制加热元件的加热功率，其中，所述控制电子器件被构造为微处理器控制部；流量测量装置，其与所述控制电子器件电连接并且被设置用于检测所述液体的流经所述通道组件的体积流并且提供脉冲的测量信号，其中所述测量信号的脉冲的数量与所述体积流的大小相关。这种连续式加热器由现有技术充分已知。例如，文献DE 10 2008 011 117 A1示出了一种具有流量计的连续式加热器，该流量计构造为测量涡轮（Messturbine），该测量涡轮具有脉冲输出端。借助于测量涡轮测量穿流加热装置的流体的体积流或流量，其中每单位时间的脉冲数量是体积流的函数。脉冲信号被提供到由微控制器形成的时间元件（Zeitglied）。如果流体的流量低于一个最小体积或流量计的流量信号完全消失，则其导致时间元件的切换。此外，在这种情况下，连续式加热器的加热元件被关断以防止过热。

背景技术

不利的是，加热元件的安全切断通过控制电路的微控制器本身实现。微控制器和/或利用微控制器实施的程序的可能的功能故障可能导致在低于最小体积流时不能在任何情况下保证可靠地切断加热装置。因此，本发明的任务是，提出一种连续式加热器，该连续式加热器在待加热的液体的体积流过小时确保可靠地切断至少一个加热元件，并且更确切地说，即使当用于控制加热功率的控制电子器件有故障或受损时也如此。

发明内容

该任务通过一种具有开头所述特征的连续式加热器通过以下方式解决，即，该连续式加热器包括如下安全电路，该安全电路在输入端侧与流量测量装置连接并且在输出端侧与控制电子器件连接，以便根据借助于流量测量装置检测到的体积流是否大于最小体积流预设值来提供用于操控电子功率开关的供应电压。根据本发明的安全电路提供的优点是，在液体的在通道组件中流动的体积流低于最小体积流预设值的情况下，与控制电子器件无关地可靠地切断至少一个加热元件的加热装置。该切断过程单独地并且完全独立于控制电子器件地进行。控制电子器件的可能的故障、尤其是在微处理器控制部的程序流程中的可能的故障、系统崩溃或微处理器的“挂机”不影响借助于安全电路按规定切断至少一个加热元件的加热装置。有利地，控制电子器件同样构造和设计成，在识别出低于最小体积流预设值时以电的方式切断至少一个加热元件。由此得到了高度的冗余。只要控制电子器件按照规定工作，在体积流不足的情况下，可以借助于构造为微处理器控制部的控制电子器件来切断至少一个加热元件。在任何情况下，在体积流不足的情况下借助于根据本发明的安全电路实现至少一个加热元件的切断，该安全电路与控制电子器件的功能能力无关地在所提及的条件下切断至少一个加热元件。

本发明的一种适宜的设计方案的特征在于，安全电路包括至少一个数字计数器，所述数字计数器的计数输入端与流量测量装置连接，使得脉冲的测量信号施加在数字计数器的计数输入端上，其中数字计数器的至少一个计数器输出端与电子开关元件的输入端连接，所述电子开关元件根据计数器输出端的状态来启用或截止用于操控功率开关的供应电压。有利地，仅当流量测量装置的预先给定的数量的脉冲已经经由数字计数器的计数输入端得到处理时，才启用用于操控功率开关的供应电压。因此确保了，当借助于流量测量装置也实际上探测到了在通道组件中存在体积流时，才实现对于加热元件的加热。特别是即使控制电子器件例如由于微处理器控制部的有错误的程序流程而有故障或不能工作，也提供该安全功能。

本发明的一种优选的改进方案的特征在于，数字计数器具有至少一个计数器截止输入端，并且该计数器截止输入端与至少一个计数器输出端电连接。换句话说，一旦达到使得相应的计数器输出端从低电平变换为高电平的计数器状态，数字计数器就被切换为自保持。以这种方式，在不需要其他组件或结构元件的情况下，只要借助于流量测量装置检测到的体积流大于最小体积流预设值，就实现将安全电路设置成单稳态的，即，自动地保持提供用于操控电子功率开关的供应电压的状态。只有当检测到的体积流低于该最小体积流预设值或者甚至完全下降到零时，才又离开该状态。

根据本发明的另一种优选的设计方案，数字计数器构造为环形计数器。这种构造为环形计数器的优点是，数字计数器的计数器输出端不是设置成二进制编码的，而是每个计数器状态都计数器输出端之一的输出电平的变换相关联。例如，在对脉冲计数之后，输出端零被激活，而在对n个脉冲计数之后，相应的第n个计数器输出端被激活。因此，以特别简单的方式可能的是，通过将计数器输出端中的一个与计数器截止输入端相连接来确定，数字计数器电路应该在哪个计数器状态下自保持。通过选择另一计数器输出端，可以以特别简单的方式适配，在安全电路转变到自保持状态中以提供用于操控电子功率开关的供应电压之前必须达到哪个计数器状态。

本发明的另一种适宜的设计方案的特征在于，数字计数器具有与可触发地设置的单稳态振荡器（monostabile Kippstufe）的数字输出端电连接的复位输入端，其中单稳态振荡器的触发器输入端被设置为控制单稳态振荡器的数字输出端处的数字电平是否变换一次，并且其中单稳态振荡器的触发器输入端与流量测量装置电连接，使得脉冲的测量信号施加在其上。由此引起，在测量信号的脉冲消失时或者在脉冲之间的时间间隔超过预先给定的时间区间的情况下，数字计数器被复位并且由此切断用于操控电子功率开关的供应电压。有利地，如果借助于流量测量装置没有检测到体积流或检测到小于最小体积流预设值的体积流，则至少一个加热元件的加热装置在最短的时间内被切断。单稳态振荡器也被称为单振荡器（Univibrator）。

根据另一种优选的实施方式，如此设置单稳态振荡器，使得一旦触发器输入端没有流量测量装置的测量信号的脉冲，数字输出端的数字电平就变换一次。换句话说，只有当流量测量装置没有检测到流动的体积流时，数字电平才在单稳态振荡器的数字输出端上变换。例如，单稳态振荡器被设置为使得在测量信号的脉冲施加在触发器输入端上的期间，数字输出端具有低电平，由此数字计数器处于“计数模式”。如果测量信号的脉冲消失，则单稳态振荡器的数字输出端处于高电平并且数字计数器被复位。

本发明的另一种适宜的设计方案的特征在于，单稳态振荡器的时间常数被选择为使得其为测量信号的相应最大脉冲长度的多倍。由此确保，只要流量测量装置的测量信号的脉冲施加在触发器输入端上，单稳态振荡器的数字输出端上的数字电平就不会变换。只有当至少对于通过时间常数确定的时间没有测量信号的脉冲在触发器输入端上输入时，才在单稳态振荡器的数字输出端上进行电平变换。

根据本发明的另一种优选的设计方案，安全电路具有如下数字输出端，该数字输出端设置用于，向微处理器控制部用信号表示，是否借助于安全电路提供用于操控电子功率开关的供应电压。以这种方式，也可以借助于微处理器控制部附加地处理和分析用于操控电子功率开关的相应的供应电压状态。

附图说明

本发明的其它优选的和/或适宜的特征和设计方案从从属权利要求和说明书中得出。借助于附图详细解释特别优选的实施方式。附图中示出：

图1示出根据本发明的安全电路的示例性的实施方案的电路图。

具体实施方式

由现有技术充分已知用于加热液体的连续式加热器。因此在附图中省去了这种连续式加热器的单独的图示。连续式加热器包括流体流通的通道组件，该通道组件具有至少一个被设置用于加热液体的加热通道。在加热通道中设置有至少一个电加热元件、优选裸线加热元件。

连续式加热器还包括如下控制电子器件，该控制电子器件被设置用于操控电子功率开关、例如半导体开关元件，如晶闸管或三端双向可控硅开关（Triacs），以便以电的方式运行至少一个加热元件并且控制加热元件的加热功率。控制电子器件尤其构造为微处理器控制部，即具有至少一个带有通常的另外的电子组件的微处理器，所述另外的电子组件对于这样的微处理器的运行而言通常是必须的。

此外，连续式加热器包括如下流量测量装置，该流量测量装置与控制电子器件电连接并且设置成检测液体的流经通道组件的体积流并且提供脉冲的测量信号，其中，测量信号的脉冲的数量与体积流的大小相关。

流量测量装置优选地构造为流量涡轮，其在液体的流动路径中布置在通道组件之内或布置在液体流入段或液体流出段中。流量测量装置尤其被构造用于提供脉冲的测量信号。每时间单位的脉冲数量是液体的用于穿流连续式加热器的体积流的大小的量度。如果体积流等于零，则由流量测量装置产生的测量信号是无脉冲的，也就是说处于低电位或高电位。在存在不等于零的体积流的情况下，测量信号的脉冲数优选与体积流的大小成比例。

根据本发明的连续式加热器包括安全电路10，在图1中示例性地示出了该安全电路的一种可能的电路变型。在输入端侧，安全电路10与流量测量装置连接。因此，脉冲的测量信号施加在测量信号线路11上。在输出端侧，安全电路10通过供应电压线路12与（在附图中未示出的）控制电子器件连接。

根据本发明的安全电路10通过供应电压线路12提供用于操控电子功率开关的供应电压。是否通过供应电压线路12提供用于操控电子功率开关的供应电压取决于，借助于流量测量装置检测的体积流是否大于最小体积流预设值。因此，安全电路10如此设置，使得只有当确定最小的体积流根据最小体积流预设值流经流体流通的通道组件时，才可实现电子功率开关的操控。

如果借助于流量测量装置检测的体积流保持低于该最小体积流预设值，则不通过供应电压线路12提供用于操控电子功率开关的供应电压并且因此在体积流过小时无论如何都避免加热至少一个加热元件。一旦所检测的体积流低于最小体积流预设值，则在任何情况下也借助于安全电路10可靠地切断一个或多个加热元件。这种切断独立于微处理器控制部进行。通过根据本发明的安全电路，即使当微处理器控制部有故障时，也确保可靠地切断加热元件。

优选地，根据本发明的安全电路10具有至少一个数字计数器13。数字计数器13的计数输入端14通过测量信号线路11与流量测量装置电连接，使得脉冲的测量信号施加在数字计数器13的计数输入端14上。数字计数器13优选具有多个计数器输出端15。例如，如图1所示，数字计数器13具有9个计数器输出端15，这些计数器输出端在图1的电路图中被标记为输出端Q0至Q9。

计数器输出端15中的至少一个与电子开关元件16的输入端电连接。电子开关元件16被设置用于，将在图1中示例性地施加在引脚17上的供应电压启用或截止，以便操控功率开关。图1示例性地示出了计数器输出端15之一、即Q3如何通过电阻18和串联电阻（Vorwiderstand）19的串联电路与构造为NPN晶体管21的开关元件的基极20连接。用于操控功率开关的供应电压在供应电压线路12上的存在能够可选地经由发光二极管22以其串联电阻23来指示。

数字计数器13优选具有计数器截止输入端24。数字计数器13的计数器截止输入端24设置用于根据在其上施加的信号电平中断或继续控制数字计数器13的计数功能。如在图1中示出的那样，经由也能够构造为0欧姆电桥的电阻18，计数器截止输入端24与计数器输出端15中的一个电连接。

如果数字计数器13通过计数输入端14上出现的脉冲达到导致计数器输出端15的Q3从低电平变换到高电平的计数器状态，则计数器截止输入端24也被置于高电平并且数字计数器13的计数器状态在一定程度上被“冻结”。换句话说，数字计数器13被切换为使得其在达到特定的计数器状态时自保持。这在哪个计数器状态下发生，取决于计数器输出端15中的哪个在计数器截止输入端24上反馈。为此，在附图中示出电阻或者0欧姆电桥25、26，它们可选地代替电阻18被装备。

此外，安全电路10包括单稳态振荡器27。单稳态振荡器27被设置成可触发的，即，通过触发器输入端28可以控制单稳态振荡器27的数字输出端29处的数字电平是否变换。单稳态振荡器27的触发器输入端28经由流量测量装置的测量信号线路11电连接，使得流量测量装置的脉冲的测量信号施加在触发器输入端28上。

单稳态振荡器27的数字输出端29与数字计数器13的复位输入端30连接。如果没有液体流经流体流通的通道组件，则由流量测量装置提供的测量信号在测量信号线路11上是无脉冲的，即具有恒定的电平。

单稳态振荡器27的时间常数，也就是直到在触发过程之后通过触发器输入端28变换数字输出端29上的数字电平为止所经过的延迟时间，该时间常数通过电容31以及电阻32的大小来确定。如果如前所述在触发器输入端28上施加一个具有恒定电平的信号，则数字输出端29最晚在由电容31和电阻32确定的时间常数之后变换其数字电平。

经由线路33，这些数字脉冲到达数字计数器13的复位输入端30，使得在测量信号的脉冲在测量信号线路11上消失时，数字计数器13的计数器状态被复位，数字计数器的全部输出端Q0至Q9均为低电平，并且用于操控电子功率开关的供应电压经由开关元件16被断开，使得供应电压线路12被切换为无电压。

进一步优选地，单稳态振荡器27包括电阻34以及电容器35，所述电阻和电容器形成如下时间元件，集成开关回路37的复位输入端36在安全电路10的接通过程期间通过所述时间元件被置于限定的状态中。该集成开关回路例如是具有复位功能的可再触发的单稳态多谐振荡器27，例如74 HC123型的集成开关回路。进一步优选地，使用74 HC 4017型的集成开关回路作为数字计数器13。

之前描述的单稳态振荡器27因此被如此设置，使得只要触发器输入端28没有流量测量装置的测量信号的脉冲，那么在数字输出端29上的数字电平就变换。

单稳态振荡器27的确定数字脉冲的周期持续时间的时间常数优选地被选择为使得其是测量信号的相应最大脉冲长度的多倍。通过选择单稳态振荡器27的所提及的时间常数，实现了只有当在测量信号线路11上没有来自流量测量装置的脉冲时或者当脉冲之间的时间间隔由于小的体积流而变得如此大以致于其大于由电容31和电阻32限定的时间常数时，才在数字输出端29处实现数字电平的变换。因此，实现了仅当借助于流量测量装置确定没有或仅有极小的体积流时才将数字计数器13复位。在最后提到的两种情况下，通过电子开关元件16分别断开用于操控电子功率开关的供应电压。

可选地，与相应的计数器输出端15中的一个电连接的计数器输出端线路38经由具有连接在下游的二极管40的电阻39引向接头41。在接头41上作为状态信号可以借助于所述控制电子器件来查询相应的计数器输出端15的状态。二极管40防止经由控制电子器件的返回馈送。

Claims (8)

1.一种用于加热液体的连续式加热器，该连续式加热器包括：

流体流通的通道组件，其带有至少一个设置用于加热液体的加热通道，该加热通道带有至少一个布置在其中的电加热元件；

控制电子器件，所述控制电子器件设置用于操控电子功率开关，以便以电的方式运行至少一个加热元件并且控制所述加热元件的加热功率，其中所述控制电子器件构造为微处理器控制部；

流量测量装置，其与所述控制电子器件电连接并且被设置用于检测所述液体的流经所述通道组件的体积流并且提供脉冲的测量信号，其中所述测量信号的脉冲的数量与所述体积流的大小相关，

其特征在于，

该连续式加热器包括如下安全电路（10），该安全电路在输入端侧与所述流量测量装置连接并且在输出端侧与所述控制电子器件连接，以便根据借助于所述流量测量装置检测到的体积流是否大于最小体积流预设值来提供用于操控所述电子功率开关的供应电压。

2.根据权利要求1所述的连续式加热器，其特征在于，所述安全电路（10）包括至少一个数字计数器（13），所述数字计数器的计数输入端（14）与所述流量测量装置连接，使得所述脉冲的测量信号施加在所述数字计数器（13）的计数输入端（14）上，其中所述数字计数器（13）的至少一个计数器输出端（15）与电子开关元件的输入端连接，所述电子开关元件根据所述计数器输出端（15）的状态来启用或截止用于操控功率开关的供应电压。

3.根据权利要求2所述的连续式加热器，其特征在于，所述数字计数器（13）具有至少一个计数器截止输入端（24），并且所述计数器截止输入端（24）与所述至少一个计数器输出端（15）电连接。

4.根据权利要求2或3所述的连续式加热器，其特征在于，所述数字计数器（13）被构造为环形计数器。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的连续式加热器，其特征在于，所述数字计数器（13）具有如下复位输入端（36），所述复位输入端与能够触发地设置的单稳态振荡器（27）的数字输出端（29）电连接，其中，所述单稳态振荡器（27）的触发器输入端（28）被设置用于控制所述单稳态振荡器（27）的数字输出端（29）上的数字电平是否变换一次，并且其中，所述单稳态振荡器的触发器输入端（28）与所述流量测量装置电连接，从而在该触发器输入端上施加所述脉冲的测量信号。

6.根据权利要求5所述的连续式加热器，其特征在于，所述单稳态振荡器（27）被如此设置，使得一旦所述触发器输入端（28）没有所述流量测量装置的测量信号的脉冲，所述数字输出端（29）的数字电平就变换一次。

7.根据权利要求5或6所述的连续式加热器，其特征在于，如此选择所述单稳态振荡器（27）的时间常数，使得该时间常数是所述测量信号的相应最大脉冲长度的多倍。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的连续式加热器，其特征在于，所述安全电路（10）具有如下数字输出端（29），所述数字输出端设置用于，向所述微处理器控制部用信号表示，是否借助于所述安全电路（10）提供用于操控所述电子功率开关的供应电压。

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