DE2602868C2 - Einrichtung zum Regeln der Auslauftemperatur eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Auslauftemperatur eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers mit in einem Durchflußkanal angeordneten Heizwiderständen, einem von einem Regler gesteuerten Triac, einem Strömungsschalter und einem eine Konstantlast schaltenden Relais.

Bei einem derartigen, aus der DE-AS 21 54 523 bekannten Durchlauferhitzer sind die Heizwendeln im Stern geschaltet wobei einer Heizwendel ein Triac zugeordnet ist In den Strompfad der anderen Heizwendel ist ein Relaiskontakt eingeschaltet

Die vom Triac gesteuerte Leistung bewegt sich dabei zwischen 0 und 50% der Gesamtleistung, bei einem 21-kW-Durchlauferhitzer bedeutet das, daß maximal eine Leistung von 10,5 kW getaktet wird. Diese Leistungstaktung bedingt einen sehr teuren Triac, außerdem ergeben sich erhebliche Flickerstörungen.

Weiterhin ist aus der DE-AS 16 15 417 bekannt, die Heizwendeln eines Durchlauferhitzers im Dreieck zu schalten, wobei im ersten Ausführungsbeispiel jedem Heizzweig ein Druckdifferenzschalter zugeordnet ist und im zweiten Ausfuhrungsbeispiel nur ein Heizzweig sowie eine Phase je einen Differenzschalter aufweisen. Bei letzterem weist ein Heizzweig zusätzlich einen Temperaturregler auf, der die Temperatur in einem bestimmten Leistungsbereich nahezu konstant hält Auch hier weist die Temperaturregelschaltung einen relativ großen Leistungshalbleiter auf, Ferner wird in beiden Ausführungsbeispielen die Heizleistung erst nach Oberschreiten einer bestimmten Durchflußmenge eingeschaltet

Weiterhin ist aus der DE-OS 23 42 264 bekannt die Heizwiderstände eines Durchlauferhitzers icv Stern zu

ίο schalten, wobei Konstant'astwiderstände und gesteuerte Widerstände vorgesehen sind. Zur Erzielung einer symmetrischen Belastung ist hier jedem Heizzweig eine Steuereinrichtung zugeordnet, wobei auch hier ein Triac mit relativ großer Leistung vorgesehen ist

Weiterhin ist aus der DE-OS 24 00 478 bekannt, einen drehstromgesteuerten Durchlauferhitzer mit je einem Triac für jede Heizwendel zu steuern. Auch hier muß, um die Auslauftemperatur über den gesamten Bereich steuern zu können, ein relativ großer Triac eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zu schaffen, die mit preiswerten Bauelementen auskommt und keine störenden Netzspannungsschwankungen hervorruft Weiterhin soll eine Regelbarkeit von 0 bis zur maximalen Leistung erzielt werden. Weiterhin soll dafür Sorge getragen werden, daß die Auslauftemperatur des Strömungsmediums konstant bleibe. Diese Aufgabe wird durch die im ersten Anspruch angegebenen Merkmale gelöst

Durch die getaktete kleine Leistung ergibt sich der Vorteil, daß keine störenden Netzspannungsschwankungen auftreten. Die Höhe dieser Schwankungen ist dabei abhängig vom Innenwiderstand des Netzes und der Taktleistung.

Diese Regeleinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Dreieckschaltung von vier Heizwendeln in einem Durchlauferhitzer.

Weiterhin ergibt sich durch das Zuschalten nur kleiner Leistungen kein Überschwingen der Temperatür, da nur jeweils ein Bruchteil der Gesamtleistung zu- oder abgeschaltet wird.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur, die eine Prinzipdarstellung der Regeleinrichtung zeigt, näher erläutert.

In einem Kanal 1 eines nicht dargestellten Durchlauferhitzers sind Heizwendeln 2, 3, 4 und 5 gleicher Leistung angeordnet Diese Heizwendeini können sowohl als Blankdrahtwiderstände wie auch als umhüllte Heizwendeln ausgebildet sein.

Ein temperaturabhängiger Widerstand 6 ist im Auslauf 7 angeordnet und wird von der Temperatur des auslaufenden Wassers beaufschlagt Der temperaturabhängige Widerstand 6 ist über Leitungen 8,9 mit einem Verstärker und Vergleicher 10 verbunden, der seinen Sollwert von einem Sollwertgeber 11 über die Leitungen 12 erhält. Die vom Vergleicher und Verstärker 10 erzeugte Spannung wird einerseits über eine Leitung 13 einem Eingang 14 eines Spannungsimpulsbreitenwandlers und eines Nullspannungsschalters 13 und über einen Tiefpaß 16 den Eingängen 17 und 18 zweier Komparatoren 19, 20, die parallel !geschaltet sind, andererseits mitgeteilt

Der Ausgang 21 des Komparator 19 steuert über eine Leitung 22 einen Setzeingang 23 eines Flip-Flops 24 und einen Eingang 25 eines Konjunktionugatters 26, das seinerseits über einen Ausgang 27 einen Setzein-

gang 28 eines weiteren Flip-Plops 29 beeinflußt.

Ein Ausgang 30 des Komparator;! 20 beaufschlagt über einen Inverter 31 einen Rücksetzeingang 32 des Flip-Flops 24 und einen Eingang 33 eines Konjunktionsgatters 34, das seinerseits über einen Ausgang 35 einen s Eingang 36 des Flip-Flops 29 mit Strom versorgt

Ein Ausgang 37 des Flip-Flops 24 wirkt über eine Leitung 38 auf ein Zeitgerät 39 und eine Spule eines Relais 40. Das Zeitglied 39 korrespondiert dabei über einen Ausgang 4t mit einem Eingang 42 des Konjunktionsgatters 26 und über einen Inverter 43 mit einem Eingang44 des Konjunktionsgatters 34.

Die Spule des Relais 40 ist über eine Leitung 45 mit einem Kontakt 46 eines Umschalters. 47 des Relais 40, mit einem Kathodenanschluß 48 eine« Triacs 49 und mit einem Schaltkontakt 50 eines Wasserschalters 51 verbunden. Der Wasserschalter 51 wird vom strömenden Wasser beeinflußt Am Schließer 52 des Wasserschalters 51 ist die Phase R angeschlossen.

Ein Anodenanschluß 53 des Triacs 49 korrespondiert mit einem Schaltkontakt 54 des Umschalters 47 und mit einem Schaltkontakt 55 eines Schließers 56. Ein Anschluß 57 der Heizwendel 5 ist an die bewegliche Kontaktfeder 58 des Umschalters 47 angeschlossen, während der andere Anschluß 59 mit einem Schließer 56 des Relais 40 und einem Anschluß 60 der Heizwendel 4 korrespondiert Ein Anschluß 61 der Heizwendel 4 ist einerseits an einen Schließer 62 des Wasserschalters 51 und andererseits an einen Anschluß 63 der Heizwendel 3 angeschlossen.

Eine Phase S versorgt den Schließer 62 des Wasserschalters 51. Eine Phase Tist an einen Schließer 64 eines Wasserschalters 65 angeschlossen. Dieser Wasserschalter wird ebenfalls von dem im Kanal 1 fließenden Wasserstrom beeinflußt An den Schließer 64 des Wasserschalters 65 ist je ein Anschluß 66 und 67 der Heizwendeln 3 und 2 angeschlossen. Ein Anschluß 68 der Heizwendel 2 korrespondiert über einen Relaiskontakt 69 mit dem Schließer 52 des Wasserschalters 51, wobei der Relaiskontakt 69 von einem Relais 70, das vom Ausgang 71 des Flip-Flops 29 mit Strom versorgt wird, betätigt wird.

Ein Gate-Anschluß 72 des Triacs 49 ist an einen Ausgang 73 des Nullspannungsschalters 15 angeschlossen.

Mit dem Bezugszeichen 74 ist die Regelstrecke bezeichnet, während der Block 75 das Meßglied mit den Ausgangsleitungen 8 und 9 charakterisiert Im Block 76 ist der Regler zusammengefaßt, während sich im Block 77 die Stellglieder befinden. so

Die Funktion der Schaltung ist folgende:

Mit dem Sollwerteinsteller 11 wird die gewünschte Auslauftemperatur des Wassers eingestellt Der Fühler 6 fühlt dabei die Temperatur des auslaufenden Wassers. Im Verstärker und Vergleicher 10 wird dieser Istwert mit dem Sollwert verglichen und in eine der Abweichung proportionale Spannung umgewandelt die' über den Nullspannungschalter 15 den Triac mit Impulspaketen ansteuert Unterschreitet die Temperatur des ausfließenden Wassers den unteren Grenzwert der Temperatur, so steht am Ausgang 21 des Komparator 19 //-Potential an, das unmittelbar dem Eingang 23 des Flip-Flops 24 mitgeteilt wird. Das Ausgangssignal 30 des (Comparators 20 erscheint invertiert am Eingang 32 des Flip-Flops 24 als L-Signal. Das Flip-Flop 24, das z. B. als Flip-Flop mit Eingängen für Setzen und Rückstellen (set-reset) ausgebildet sein kann, wird somit gesetzt. Der Ausgang 37 des Flip-Flops 24 nimmt dabei W-Potential an, so daß das Relais 40 anzieht

Die Heizwendeln 5 und 4 werden dabei an die Phasen R und S gelegt, da der Wasserschalter 51 schon bei der Mindestwassermenge geschaltet hat Parallel zum Kontakt 47 des Relais 40 wird der Triac 49 eingeschaltet 1st der Triac gesperrt, so liegen die beiden Heizwendeln 5 und 4 an 380 V Wechselspannung. Bei einer Leistung von z. B. 7 kW je Heizwendel ergibt sich eine Gesamtleistung von 3,5 kW. Der Triac 49 wird vom Nullspannungsschalter 15 mit Impulspaketen beaufschlagt; jedesmal wenn der Triac 49 durchschaltet, wird die Heizwendel 5 kurzgeschlossen und die Phasen R und 5 mit 7 kW Leistung belastet mit anderen Worten, der Triac schaltet eine Leistung von 33 kW im Bereich 3,5 bis 7 kW abhängig von den Impulspaketen des Nullspannungsschalters 15 ein und aus.

Ist innerhalb einer vom Zeitglied 39 bestimmten Zeit die Temperatur in den Proportionalbereich, d.h. zwischen die beiden Schaltpunkte der Komparatoren 19, 20 gekommen, so springt der Ausgang 21 des Komparator 19 auf L- Potential. An beiden Eingängen 23 und 32 des Flip-Flops 24 steht L-Potential, das bedeutet für das Flip-Flop »speichern«.

Überschreitet die Temperatur des ausfließenden Wassers den oberen Grenzwert der Temperatur, so kippt der Komparator 20, sein Ausgang 30 wird L Für das Flip-Flop 24 bedeutet das, daß sein Eingang 23 L- und sein Eingang 32 //-Potential annimmt Damit wird das Flip-Flop 24 zurückgesetzt d. h. s?in Ausgang 37 nimmt L-Potential an, und das Relais 40 fällt ab. Der Umschalter 47 schaltet um auf den Kontakt 54, so daß die Reihenschaltung der Heizwendeln 5 und 4 über den Triac 49 an die Phasen R und Sgelegt wird. Der Triac 49 schaltet jetzt ebenfalls nur eine Leistung von 3,5 kW im Bereich 0 bis 3,5 kW.

Da die Schwellenspannungen der Komparatoren 19 und 20 unterschiedliche sind, ergibt sich eine definierte Hysterese, die ein Flattern des Relais verhindert. Weiterhin werden höherfrequente Einstreuungen durch den Tiefpaß 16 abgeblockt Die Hysterese ist erforderlich, um ein Über- bzw. Unterschreiten des Proportionalbereiches überhaupt feststellen zu können.

Wird die Auslauftemperatur zu gering und hat das Relais 40 angezogen, so werden die Ausgänge 21 und 30 der Komparatoren 19 und 20 //-Potemial annehmen. Am Eingang 23 des Flip-Flops 24 liegt also H-, am Eingang 32 L-Potential an. Der Ausgang 37 des Flip-Flops 24 weist somit //-Pegel auf. Nach Ablauf der Verzögerungszeit des Zeitgliedes 39 wird der Ausgang 41 //-Potential annehmen. Die Grundbedingung des Konjunktionsgatters 26 ist, da beide Eingänge 42 und 25 //-Potential aufweisen, erfüllt und der Eingang 28 des Flip-Ftops 29 wird mit //-Potential beaufschlagt

Das Konjunktionsgatter 34 wird durch die Inversion des Signals am Ausgang 41 gesperrt so daß am Ausgang 35 L-Potential ansteht mit dem der Eingang 36 des Flip-Flops 29 beaufschlagt wird. Das Flip-Flop 29 wird gesetzt, und das Relais 70 zieht an. Damit wird die Reihenschaltung d.r Heizwendeln 2 und 3 an die Phasen R und 5 gsschaltet Die Gesamtleistung erhöht sich dabei, gleiche Widerstandswerte der Heizvendeln vorausgesetzt, um 3,5 kW, wobei der Kontakt 64 geöffnet ist. Steigt der Wasserstrom weiter, so wird etwa in dem Punkt, in dem die Gesamtleistung von 10,5 kW bei der höchsten einstellbaren Temperatur nicht mehr ausreicht, der Schalter 64 des Wasserschalters 65 geschlossen. Das Wasser erwärmt sich sehr

schnell, und die Spannung am Eingang der Komparatoren (19 und 20) steigt stark an. Die Ausgänge 21 und 30 der Komparatoren 19 und 20 gehen auf L-Potential, d. h. das Flip-Flop 24 wird zurückgesetzt. Der Ausgang 37 des Flip-Flops 24 wird L und somit nimmt auch der Ausgang 41 der Zeitstufe 39 L-Potential an. Damit ist die UND-Bedingung des Konjunktiongatters 26 nicht mehr erfüllt, und der Ausgang 27 geht auf L-Pegel.

Da an den Eingängen 44 und 33 des Konjunktionsgatters 34 Η-Pegel anliegt, wird das Flip-Flop 29 zurückgesetzt und die Heizwendel 2 über das Relais 70 abgeschaltet. Die dann ohne erneutes Zuschalten Relais 70 mögliche maximale Gesamtleistung be 14 kW. Wenn der Wasserstrom erhöht wird unc Leistung nicht mehr ausreicht, die Solltempei einzuhalten, wird das Relais 70 wieder betätigt um Heizwendel 2 eingeschaltet. Es steht dann
Gesamtleistung von 21 kW zur Verfügung, wi allerdings nur 3,5 kW getaktet geregelt werden.
Die Logik der Schaltung läßt sich selbstverstäni

ίο je nach Logikfamilie, mit äquivalenten Logikga aufbauen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der Auslauf temperatur eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers mit in einem Durchflußkanal angeordneten Heizwiderständen, einem von einem Regler gesteuerten Triac, einem Strömungsschalter und einem eine Konstantlast schaltenden Relais, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Heizwendeln (5 und 4) von einem durch ein Relais (40) betätigbaren Umschalter (47) mit dem Triac (49) in Reihe an Betriebsspannung legbar sind, daß weiterhin die beiden Heizwendeln (S und 4) über den Umschalter (47) in Reihe schaltbar sied, wobei der Triac (49) von einem weiteren, vom Relais (40) betätigbaren Relaiskontakt (56) parallel zur ersten Heizwendel (5) schaltbar ist und das Relais (40) von einem Meßglied (75) ansteuerbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Meßglied (75) zwei Komparatoren (19,20) angesteuert sind, deren Ausgänge (21.30) mit je einem Eingang (23, 32) eines Flip-Flops verbunden sind, wobei der Ausgang (37) des Flip-Flops (24) mit dem Relais (40) korrespondiert

3. Einrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoren (19, 20) unterschiedliche Schwellenwerte aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (37) des Flip-Flops (24) mit einem Zeitglied (39) verbunden ist das seinerseits mit Logikgattern (26,34) korrespondiert

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Eingänge (25 und 33) der Logikgatter (26 und 34) mit den Komparatoren (19, 20) und die Ausgänge (27, 35) dt- Logikgatter (26, 34) mit einem Flip-Flop (29) verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß das Flip-Flop (29) mit einem Relais (70) verbunden ist.