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Regeleinrichtung für einen Durchlauferhitzer.
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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für einen, insbesondere
elektrischen Durchlauferhitzer mit einem über eine im Wasserdurchlaufweg angeordnete
Venturidüse betätigbaren Differenzdruckscha lt er, der eine mehrstufige Schalteinrichtung
zur stufenweisen Zu- bzw. Abschaltung einzelner im Heizbehälter wirksam werdender
Leistungsstufen schaltet, wobei im Heizbehälterauslauf ein Temperaturfühler angeordnet
ist, der das Schalten der Leistungsstufen beeinflußt, und eine Mischbatterie vorgesehen
ist, mittels der der Wasserdurchlaufweg je nach der gewählten Wassertemperatur überbrückt
ist.
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In der Deutschen Offenlegungsschrift 2 355 988 ist ein derartiger
leistungsgeregelter Durchlauferhitzer beschrieben.
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Bei diesem wirkt das mit dem Temperaturfühler verbundene Stellglied
unmittelbar auf die mehrstufige Schalteinrichtung
ein und schaltet
diese um eine oder mehrere Stufen zurück, wenn die Temperatur im Heizbehälterauslauf
einen bestimmten Wert übersteigt. Hierdurch werden eine oder mehrere Leistungsstufen
abgeschaltet, so daß insgesamt die Wasserbeheizung mit verringerter Leistung erfolgt.
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Bei leistungsgeregelten Durchlauferhitzern sind wesentliche Störgrößen
die mögliche Schwankung der Kaltwassertemperatur von 50C bis 150C, Schwankungen
des Wasserdrucks bis maximal 10 bar sowie mögliche Schwankungen der Netzspannung
von + 6 % bis - 10 . Diese Schwankungen treten nicht in der gesamten Schwankungsbreite
in einem bestimmten Wasser- bzw. Stromnetz auf, sondern sind auf das Gebiet der
Bundesrepublik bezogen.
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Als weiterer Faktor ist zu berücksichtigen, daß die tatsächliche Heizkörperleistung,
mit der der Heizbehälter des Durchlauferhitzers beheizt wird, aufgrund der Toleranzen
der Heizkörper um 10 % von der Nennleistung abweichen kann. Trotz dieser Störgrößen
soll das Zapfwasser eine Temperaturkonstanz von - 1 K haben. Der Temperaturwählbereich
soll etwa zwischen 35°C und 55°C liegen. Darüber hinaus soll auch bei einer gewählten
Temperatur von 400C eine relativ geringe Zapfmenge von beispielsweise 4,5 1/min
dem Durchlauferhitzer entnommen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung zu schaffen, mit
der Schwankungen der gewählten Temperatur gegenüber der Zapfwassertemperatur, insbesondere
auch bei unterschiediichen Durchflußmengen und/oder von den Nennwerten abweichenden
Netzbedingungen, klein gehalten werden, ohne daß der Einsatz der Vollheizleistung
beschränkt ist.
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Erfindungsgemäß ist bei einer Regeleinrichtung der obengenannten Art
die Venturidüse von einer Umgehungsleitung überbrückt, in der ein Ventil angeordnet
is-t, das Ventil ist über ein Stellglied von dem Temperaturfühler gesteuert und
öffnet, wenn die Temperatur im Heizbehälterauslauf einen bestimmten über der an
der Mischbatterie wählbaren Maxima lt emperatur liegenden Wert übersteigt. Wenn
das Ventil, vorzugsweise bei etwa 600C>öffnet, fließt ein Teilstrom des Wassers
durch die Umgehungsleitung in den Heizbehälter. Um diesen Teilstrom ist die durch
die Venturidüse strömende Wassermenge verringert, so daß über den Differenzdruckschalter
und die Schalt einrichtung die Anzahl der eingeschalteten Heizkörper und somit die
Heizleistung verringert wird. Sinkt dann die Temperatur im Heizbehälterauslauf,
schließt sich das Ventil. Hierdurch vergrößert sich der Wasserstrom durch die Venturidüse.
Dies führt zur Wiedereinschaltung von Heizkörpern. Im Betrieb liegen die Temperaturschwankungen
des Heißwassers im Heizbehälter zwischen ca. 600C und 750C.
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Eine erfinderische Ausgestaltung der genannten Regeleinrichtung ist
darin zu sehen, daß in dem Wasserdurchlaufweg ein justierbares Drosselventil vorgesehen
ist, das die maximal durch den Heizbehälter laufende Wassermenge begrenzt. Das Drosselventil
wird am Installationsort des Durchlauf erhitzers so eingestellt, daß bei der maximal
möglichen Zapfmenge, d.h.
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voll geöffnetem Zapfventil die volle Heizleistung des Geräts, d.h.
alle Leistungsstufen, gerade noch dauernd eingeschaltet bleiben. Hierdurch ist erreicht,
daß die volle Heizleistung im Betrieb unabhängig von der gewählten Temperatur immer
dann eingeschaltet ist, wenn der Benutzer das Zapfventil voll geöffnet hat. Wegen
des Drosselventils ist zu Beginn der Zapfung, solange der Durchlauferhitzer noch
kalt ist, die Zapfmenge geringer als nach einer gewissen Betriebszeit, da dann eine
Kaltwasserbeimischung über die Mischbatterie erfolgt. Hierdurch wird aufgrund des
Drosselventils die die Venturidüse durchströmende Wassermenge höchstens unwesentlich
verringert, so daß keine der Leistungsstufen abschaltet, eine solche Abschaltung
erfolgt erst, wenn das Wasser im Heizbehälterauslauf so heiß ist, daß sich das von
dem Temperaturfühler gesteuerte Ventil in der Umgehungsleitung öffnet.
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Eine weitere erfinderische Ausgestaltung der beschriebenen Regeleinrichtung
besteht darin, daß in den Wasserdurchlaufweg ein Differenzdruckventil geschaltet
ist, an dem bei kleinen
Durchflußmengen ein Mindest-Druckabfall
auftritt. Hierdurch ist unabhängig von der jeweiligen Durchflußmenge das Auftreten
eines Druckabfalls in dem von der Mischbatterie überbrückten Wasserdurchlaufweg
gewährleistet. Dieser Druckabfall ist erforderlich, um die gewünschte Regelgenauigkeit
des Mischventils der Mischbatterien zu erreichen.
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Insgesamt sind besondere Vorteile der Regeleinrichtung darin zu sehen,
daß am Aufstellungsort des Gerätes die Justierung bzw. Anpassung an die örtlichen
Werte des Netzdruckes, der Kaltwassertemperatur und der Spannung des elektrischen
Netzes durch Einstellung des Drosselventils möglich ist. Mit dieser Einstellung
bietet dann die Regeleinrichtung die geforderte hohe Regelgenauigkeit der Zapfwassertemperatur.
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Die hohe Regelgenaugkeit ist sowohl bei kleinen als auch bei großen
Zapfmengen gegeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Zeichnungsbeschreibung. Die Figur zeigt eine Regeleinrichtung schematisch.
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Ein Durchlauferhitzer weist einen Heizbehälter 1 auf. Dieser wird
von insgesamt 9 Heizkörper beheizt. 3 Heizkörper gleicher Leistung bilden die Grundleistung,
die beim Betrieb des
Durchlauferhitzers mindestens eingeschaltet
ist. Die Grundleistung beträgt 1/4 der Nennleistung des Durchlauferhitzers.
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Die übrigen 6 Heizkörper weisen ebenfalls gleiche Leistung auf und
können nacheinander eingeschaltet werden. Die drei die Grundleistung darstellenden
Heizkörper sind außen an dem Heizbehälter 1 angelötet. Die sechs übrigen Heizkörper
sind im Innern des Behälters angeordnet. Sie liegen somit im Wasser.
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Der Heizbehälter 1 ist an einen Wasserzulauf 2 und an einen Wasserauslauf
3 angeschlossen. Im Zulauf 2 liegen hintereinandergeschaltet ein Drosselventil 4,
ein Differenzdruckventil 5 und eine Venturidüse 6.
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Die Venturidüse 6 ist von einer Umgehungsleitung 7 überbrückt, in
die ein Ventil 8 mit einem Ventilkegel 9 eingeschaltet ist.
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Der Ventilkegel 9 ist mit einem Stellglied 10 verbunden. Das Stellglied
10 wird von einem in dem Auslauf 3 angeordneten Temperaturfühler 11 beeinflußt.
Sobald die Wassertemperatur im Auslauf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise
600 übersteigt, dehnt sich ein im Fühler 11 enthaltenes Ausdehnungsmedium so aus,
daß über das Stellglied 10 der Ventilkegel 9 geöffnet wird. Bei niedrigeren Temperaturen
wird die Schließstellung des Ventilkegels 9 unter der Wirkung einer Rückstellfeder
12 eingenommen.
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Der Auslauf 3 mündet in die Warmseite einer Mischbatterie 13.
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Die Venturidüse ist eingangsseitig an die Kaltseite der Mischbatterie
13 angeschlossen. An der Warmseite befindet sich der Mischwasserablauf 14 und an
der Kaltseite der Kaltwasserzulauf 15. Der von der Mischbatterie überbrückbare Wasserdurchlaufweg
führt also durch die Venturidüse 6 - bei geöffnetem Ventilkegel 9 parallel hierzu
durch die Umgehungsleitung 7 - durch das Differenzdruckventil 5, das Drosselventil
4, den Heizbehälter 1 und den Auslauf 3.
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Die Mischbatterie 13 arbeitet mit einem Ventilkörper 16, der von einem
Dehnstoffelement 17 thermostatisch gesteuert ist.
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Das Dehnstoffelement 17 ist zur Temperaturwahl voreinstellbar.
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Die Temperaturauswahl ist in einem Bereich von 350C bis 550C möglich.
Der Warmseite - der Mischbatterie 13 ist ein Zapfventil 18 nachgeschaltet.
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An die Venturidüse ist über eine hochdruckseitige Leitung 19 und eine
niederdruckseitige Leitung 20 ein Differenzdruckschalter 21 angeschlossen. Mit diesem
wird in bekannter Weise der Unterschied zwischen den Drücken vor und in der Venturidüse
6 zur Erzeugung einer mechanischen Schaltbewegung ausgewertet. Der Differenzdruckschalter
21 weist einen Schaltstößel 22 auf, der an dessen Membran 23 befestigt ist. Der
Schaltstößel 22 betätigt ein 7-stufiges Schaltwerk 24. Da eine
lineare
Abhängigkeit zwischen der die Venturidüse durchfließen den Wassermenge und der Hubbewegung
des Stößels erwünscht ist und hierbei weder die zur Betätigung des Schaltwerks erforderliche
Mindestkraft unterschritten1 noch eine die Belastungsfähigkeit der Einzelteile übersteigende
Kraft überschritten werden darf, ist der Differenzdruckschalter so ausgebildet,
daß sich die Membrane 23 bei zunehmendem Hub an einem Flansch abstützt, so daß sich
ihr wirksamer Querschnitt verringert.
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Das Schaltwerk ist beispielsweise bei einem Durchlauferhitzer mit
einer Nennleistung von 21 kW so justiert, daß die erste Stufe bei einer Nennansprechmenge
von 1,3 1/min einschaltet. Die zweite bis siebte Leistungsstufe schaltet nacheinander
bei Durchlaufmengen von 1,5; 1,9; 2,5; 3,2; 3,8; 4,4 1/min ein. Bei einem Durchlauferhitzer
mit niedrigerer Nennleistung liegen diese Werte entsprechend niedriger bei einem
Durchlauferhitzer mit höherer Nennleistung entsprechend höher. Die Nennansprechmengen
sind unter Berücksichtigung der Forderung festgelegt, daß nach dem Überschreiten
einer bestimmten Mindestdurchlaufmenge die Heißwassertemperatur im Auslauf 3 höher
sein muß als die maximal am thermostatischen Mischventil durch den Benutzer einstellbare
Temperatur von 550C. Die Mindestdurchlaufmenge, ab der die Wassertemperatur im Behälterauslauf
höher sein muß als die
wählbare Maximaltemperatur, ergibt sich
daraus, daß bei einer gewählten Temperatur von 400 die Zapfmenge bis auf 4,5 1/min
herunterstellbar seiii soll.
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Die Einstellung der Durchflußmenge, bei der die siebte Leistungsstufe
einschaltet, erfolgt mittels eines Düsenbypasses 25 an der Venturidüse 6. Die obigen
Justierarbeiten werden werksseitig durchgeführt.
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Das Differenzdruckventil 5 weist eine unter dem Druck einer Feder
26 stehenden Ventilkörper 27 mit einer Bohrung 28 auf.
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Der Ouerschnitt der Bohrung 28 ist wesentlich kleiner als der Querschnitt
des Wasserdurchlaufwegs im übrigen. Bei einer Durchflußmenge unterhalb 2 1/min dichtet
der Ventil körper 27 und nur7die Bohrung 28 kann Wasser fließen. Dies hat zur Folge,
daß vor dem Differenzdruckventil 27 ein höherer Druck als hinter diesem vorliegt.
Diese Druckdifferenz beträgt wenigstens 0,5 bar. Durch diesen künstlich erzeugten
Druckabfall ist erreicht, daß die Mischbatterie 13 mit der erforderlichen Regelgenauigkeit
arbeitet. Bei größeren Durchflußmengen öffnet sich der Ventilkörper 27 und behindert
den freien Wasser durchlauf nur wenig.
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Das Drosselventil 4 weist eine Stellschraube 29 auf, mit der der Durchlassquerschnitt
einstellbar ist. Am Installationsort
wird die den Wasserdurchlaufweg
durchfließende Wassermenge durch Einstellung der Schraube 29 je nach den örtlichen
Gegebenheiten begrenzt. Die Schraube wird so eingestellt, daß bei voll geöffnetem
Zapfventil 18 bei jeder auswählbaren Temperatur die Volleistung eingeschaltet ist.
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Dadurch ist erreicht, daß dann wenn der Benutzer das Zapfventil voll
öffnet zunächst alle Leistungsstufen eingeschaltet werden, was für eine schnelle
Aufheizung günstig ist.
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Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung insgesamt ist im Betrieb folgende:
Geht man davon aus, daß der Benutzer das Zapfventil ganz geöffnet hat, schalten
alle Heizkörperstufen ein. Die Durchflußmenge ist durch das Drosselventil beschränkt.
Das im Heizbehälter 1 erwärmte Wasser strömt durch die Mischbatterie zum Auslauf.
Ist die Wassertemperatur höher als die an der Mischbatterie ausgewählte, dann öffnet
sich der Ventilkörper 16 und es wird Kaltwasser in einer entsprechenden Menge beigemischt.
Durch die Kaltwasserbeimischung verringert sich Dank des Drosselventils die durch
den Heizbehälter fließende Wassermenge kaum. Die Zapfmenge ist um den Anteil des
beigemischten Kaltwassers vergrößert.
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Sobald die Temperatur im Auslauf 3 600C übersteigt, öffnet sich der
Ventilkegel 9. Der Wasserstrom durch die Venturidüse
6 ist hierdurch
verringert. über den Differenzdruckschalter 21 wird somit die Anzahl der eingeschalteten
Heizkörper verringert. Demzufolge sinkt die Temperatur im Auslauf 3. Sobalb sie
600C unterschreitet ist der Ventilkegel 9 wieder geschlossen. Es werden jetzt wieder
sämtliche Heizkörper eingeschaltet. Durch die Formgestaltung des Ventilkegels 9
sind die Temperaturschwankungen des Behälterwassers und die Schaltfrequenz der einzelnen
Leistungsstufen im wesentlichen bestimmt. Der spezifische Hub des Stellgliedes 10
beträgt etwa 0,1 mm/K.
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Stellt der Benutzer am Zapfventil 18 die Durchlaufmenge beispielsweise
auf 4,5 1/min zurück, so sind bei einem Durchlauferhitzer mit 18 kW oder 21 kW sämtliche
sieben Leistungsstufen zu Beginn der Zapfung, also bei kaltem Geräte eingeschaltet.
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Bei einem Durchlauferhitzer mit der Nennleistung 24 kW sind nur noch
die ersten sechs Stufen eingeschaltet. Bei dieser Durchlaufmenge wird das Wasser
im Heizbehälter 1 zunächst auf eine höhere Temperatur erhitzt als bei einer größeren
Durchlaufmenge. Dementsprechend öffnet das Ventil 8 stärker, so daß die Leistung
weiter zurückgeschaltet wird. Das Differenzdruckventil 5 ist bei der genannten Durchflußmenge
noch geöffnet.
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Die bei kleineren Durchflußmengen größeren Temperaturschwankungen
des Heizbehälterwassers werden über den thermostatisch gesteuerten Ventilkörper
16 der Mischbatterie 13 ausgeglichen.
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Bei noch geringeren Durchlaufmengen sind von vornherein nur weniger
Heizstufen eingeschaltet. Der zur sicheren Funktion der Mischbatterie notwendige
Differenzdruck zwischen deren Warm- und Kaltseite wird bei sehr kleinen Durchflußmengen
dadurch erzeugt, daß das Differenzdruckventil 5 schließt und die Bohrung 28 einen
ausreichenden Druckabfall erzeugt.
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Damit der Installateur beim Einstellen des Drosselventils leicht erkennen
kann, wann alle Leistungsstufen eingeschaltet sind, ist an dea Schaltwerk 24, bzw.
dessen von dem Stößel 22 betätigten Teil ein Zeiger angebracht, der mit einer werksseitig
angebrachten Markierung fluchtet, wenn sämtliche Leistungsstufen eingeschaltet sind.
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L e e r s e i t e