DE2621736C2 - Elektrische Widerstandsheizeinrichtung, insbesondere für einen Durchlauferhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeits- oder Gasströmung auf eine wählbare Solltemperatur, insbesondere für einen Durchlauferhitzer, wobei der Strom im Heizkreis durch temperaturabhängige Veränderung des magnetischen Kraftflusses einer Spule geregelt wird.

In der DE-PS 7 58 093 ist eine selbsttätige Leistungsregelung für elektrisch beheizte Geräte mittels eines elektromagnetischen Wärmereglers beschrieben, dessen Magnetisierbarkeit sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Geräts ändert Dieser elektromagnetische Wärmeregler besteht aus einem dem elektrisch beheizten Gerät vorgeschalteten Zwischenwandler, dessen Schenkel in der Weise aus Werkstoffen verschiedener temperaturabhängiger Magnetjsierbarkeit bestehen, daß sich die Stromabgabe des Wandlers auf der Sekundärseite entsprechend der Temperatur des Gerätes ändert Durch den terriperaturempfindlichen Zwischenwandler wird die Leistungsaufnahme des zu beheizenden Geräts beeinflußt wobei die vom Gerät

!5 erzeugte Wärme unmittelbar auf den in seiner Magnetisierbarkeit temperaturabhängigen Teil des Wandlers einwirkt Die magnetischen Eigenschaften der Heizwicklung des Geräts spielen hierbei keine Rolle. Bei dieser selbsttätigen Leistungsregelung hängt die sich im Gerät einstellende Temperatur allein von der Temperaturabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften des Wandlers ab. Eine Sollwerteinstellung der Temperatur des Geräts zu realisieren wäre sehr umständlich. Im übrigen bedeutet auch die Verwendung eines Transformators, bzw. Wandlers, insbesondere bei einem Durchlauferhitzer, einen beachtlichen Aufwand.

Der Erfindung Ijegt die Aufgabe zugrunde, eine

Widerstandsheizeinrichtung der eingangs genannten Art für Wechselstrom zu schaffen, bei der die Heizleistung durch temperaturabhängige Verstellung der Eigenschaften des Heizwiderstandes gesteuert ist ohne daß eine Temperaturabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften des Heizwiderstandes Steuergröße für die Verstellung ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst daß in der zu beheizenden Strömung die elektrische Spule mit einem magnetischen Kern liegt, deren ohmscher Widerstand die maximale Heizleistung im wesentlichen bestimmt, daß der Blindwiderstand der Spule mit Kern durch Veränderung des magnetischen Flusses des Kerns einstellbar ist und daß die Einstellung des magnetischen Flusses durch einen von der beheizten Strömung beaufschlagten Temperaturfühler über ein Stellglied erfolgt, wobei im Bereich der Solltemperatur der Blindwiderstand größer als bei kleineren Temperaturen ist. Der Effektivwert des Stromes durch die Spule, die von einem Heizdraht gebildet ist, hängt von dem magnetischen Fluß des Kerns ab. Der Effektivwert des Stromes wird kleiner, wenn der Blindwiderstand bei

so Erhöhung des magnetischen Flusses größer wird. In diesem Fall ist demnach die Heizleistung der Spule geringer als die maximale Heizleistung. Günstig ist tiierbei. daß die Spule von der Heizwicklung selbst gebildet ist. Diese läßt sich direkt an das elektrische Netz anschließen. Die Steuerung des magnetischen Flusses erfolgt in Abhängigkeit von dem eingestellten Temperatursollwert und der tatsächlichen Temperatur. Diese Steuerung läßt sich mit bekannten Mitteln erreichen. Sie ist unabhängig von Änderungen der magnetischen Eigenschaften des Kerns, beispielsweise infolge von Temperaturänderungen. Der Einfluß solcher Änderungen wird über den Temperaturfühler und das Stellglied mit ausgeregelt. Die Heizwirkung beruht auf der Verlustleistung des ohmschen Widerstandes der Spule.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der magnetische Fluß durch Änderung der Eintauchweite von Spule und Kern eingestellt. Grundsätzlich ist es möglich zur

Veränderung der Eintauchweite entweder die Spule oder den Kern verschieblich zu lagern. Vorteilhaft wird der Kern verschieblich gelagert, es entfällt hierbei die Notwendigkeit von beweglichen Stromzuleitungen zur Spule.

Die Spule ist vorteilhaft als Blankdrahtspule ausgebildet Die Spulenwicklungen sind gegeneinander isoliert Der Kern besteht vorteilhaft aus Ferritkeramik, insbesondere einer solchen mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand.

In anderer Ausgestaltung der Erfindung wird die Einstellung des magnetischen Flusses durch Änderung der wirksamen Breite eines Luftspalts des Kerns vorgenommen. Hierfür ist außerhalb der zu beheizenden Strömung ein verdrehbares Joch vorgesehen. In is diesem Falle brauchen keine beweglichen Teile in der Strömung angeordnet zu sein.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Es zeigt

F i g. 1 einen Durchlauferhitzer schematisch im Schnitt und

F i g. 2 ein weiteres Äusführungsbeispiei in der Darstellung entsprechend F i g. 1.

In einem zylindrischen Druckbehälter 1 eines Wasser-Durchlauferhitzers ist konzentrisch eine Spule 2 befestigt Die Spule ist aus einem Heizdraht gewickelt.

In dem Druckbehälter 1 ist weiterhin ein Topfkern 3 in Axialrichtung verschieblich gelagert In F i g. 1 ist der Topfkern 3 vollständig in die Spule 2 eingetaucht Der Kern ist als einseitig offener Topfkern ausgebildet. An seinem Boden weist er Durchbrechungen 4 auf, durch die Wasser strömen kann. Der Kern besteht aus Ferritkeramik mit hohem spezifischem elektrischen Widerstand, die Spule braucht somit gegen den Kern nicht isoliert zu sein.

Am Kern 3 ist ein Betätigungsstab 5 befestigt, der wasserdicht isoliert aus dem Druckbehälter herausgeführt ist. Der Betätigungsstab 5 ist mittels eines Stellgliedes 6 in axialer Richtung hin- und herverschiebbar. Auf das Stellglied 6 wirkt ein Temperaturfühler 7 ein, der in einem Zapfstutzen 8 des Druckbehälters angeordnet ist. Gleichzeitig wirkt auf das Stellglied 6 ein Sollwertsteller 9 ein. Derartiges ist bekannt und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden.

An den Zapfstutzen 8 ist ein Zapfventil 10 angeschlossen.

Die Spule 2 ist über einen Schalter 11 mit den Polen des Stromnetzes verbunden. Der Schalter 11 ist geschlossen, wenn das Zapfventil geöffnet und am Sollwerteinsteller ein Ober der Zulauftemperatur liegender Temperaturwert eingestellt ist

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Wird durch öffnen des Zapfventils 10 dem Druckbehälter 1 Wasser entnommen, so fließt in gleichem Maße V/asser durch einen Anschlußstutzen 12 nach. Sobald das den Temperaturfühler 7 beaufschlagende Wasser eine Temperatur hat, die unterhalb der am Sollwerteinsteller vorgewählten Temperatur liegt, schließt sich der Schalter 11. Durch die Spule 2 fließt jetzt Strom, wodurch das durchlaufende Wasser erwärmt wird. Der Effektivwert des Stromes ist abhängig von dem ohmschen Widerstand der Spule und der Größe der Induktivität der Spule mit dem Kern. Bei der in der F i g. I dargestellten Lage des Kerns 3 ist der Strom relativ niedrig, da die Induktivität Spule/Kernanordnung relativ hoch ist

Falls weiterhin die Auslauftemperatur am Temperaturfühler 7 kleiner ist als der Soljwert, zieht das Stellglied 6 den Betätigungsstab 5 in Richtung des Pfeils P. Dadurch wird die Eintauchweite des Kerns 3 in die Spule 2 verringert Hierdurch verkleinert sich die Induktivität der Spule/Kernanordnung, so daß sich der Effektivwert des die Spule 2 durchfließenden Stromes vergrößert Dementsprechend wird das durchströmende Wasser stärker erwärmt

Ist die Auslauftemperatur höher als der Sollwert, dann schiebt das Stellglied 6 den Kern wieder weiter in die Spule.

Die maximale Heizleistung tritt dann auf, wenn der Kern 3 praktisch vollständig aus der Spule 2 herausgezogen ist In diesem Falle ist die Heizleistung der Spule im Hinblick auf ihre Gegeninduktivität nur wenig geringer als es ihrem ohmschen Widerstand entspricht

Bei dem Ausführungsbeispiel na'':, F i g. 2 ist der Kern 3 als Ringkern mit einem Luftspalt 53 ausgebildet. Der mit der Spule 2 bewickelte Teil des Kerns 3 liegt im Innern des Druckbehälters 1. Der Teil mit dem Luftspalt 13 liegt außerhalb des Druckbehälters. In dem Luftspalt ist ein winkelverdrehbares Joch 14 gelagert Je nach der Winkelstellung des joch 14 ist die wirksame Breite des Luftspalts 13 unterschiedlich groß. Die Winkelbewegung des Jochs erfolgt durch das Stellglied 6. Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels entspricht der des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1. Die in Fig.2 gestrichelte Stellung des Jochs 14, bei der die Luftspaltbreite am geringsten ist, entspricht der Stellung mit der größten Eintauchtiefe in Fig. 1. In dieser Stellung ist der magnetische Fluß durch den Kern am größten. In der ausgezogenen Stellung des Jochs 14 nach F i g. 2 ist der magnetische Fluß durch den Kern am kleinsten. Diese Stellung entspricht in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Stellung, bei der die Eintauchweite des Kerns 3 in die Spule 2 am geringsten ist.

Der besondere Vorteil des Ausführungsbeispiels nach Fig.2 ist darin zu sehen, daß nicht bewegliche Teile abgedichtet in dem Druckbehälter 1 gelagert werden müssen.

Die Vorteile eines derartigen Durchlauferhitzers sind insbesondere darin zu sehen, daß die Auslauftemperatur wählbar ist und daß die gewählte Temperatur auch bei unterschiedlichen Durchflußmengen konstant bleibt. Weitere Vorteile bestehen darin, daß eine teuere Mischbatterie entfällt und daß Funkstörungen sowie Impulsbelaslungen des Wechselstromnetzes vermieden sind.

F< sichtlich läßt sich der Erfindungsgedanke in zahlreichen anderen Ausführungsbeispielen verwirklichen. Es können beispielsweise die unterschiedlichsten Spulen- oder Kernformen verwendet werden.

Es ist auch möglich, den Antrieb des Kerns 3 an der offenen Seite des Kerns vorzusehen.

Für einen kompakten Aufbau des Druckbehälters können in diesem auch mehrere Spulen mit Kernen nebeneinander und/oder zur Verkleinerung des Verschiebeweges der Kerne hintereinander angeordnet sein.

Hierzu 1 Blrtt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Elektrische Widerstandsheizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeits- oder Gasströmung auf eine wählbare Solltemperatur, insbesondere für einen Durchlauferhitzer, wobei der Strom im Heizkreis durch temperaturabhängige Veränderung des magnetischen Kraftflusses einer Spule geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu beheizenden Strömung die elektrische Spule (2) mit einem magnetischen Kern (3) liegt, deren ohmscher Widerstand die maximale Heizleistung im wesentlichen bestimmt, daß der Blindwiderstand der Spule (2) mit Kern (3) durch Veränderung des magnetischen Flusses des Kerns (3) einstellbar ist und daß die Einstellung des magnetischen Flusses durch einen von der beheizten Strömung beaufschlagten Temperaturfühler (7) über ein Stellglied (6) erfolgt, wobei im Bereich der Solltemperatur der Blindwiderstand größer als bei kleineren Temperaturen ist

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß durch Änderung der Eintauchweite von Spule und Kern einstellbar ist

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) gegenüber der Spule (2) verschieblich ist

4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Kern als offener Topfkern (3) ausgebildet ist

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Topfkern (3) Durchbrechungen (4) aufweist

6. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der magnetische Fluß durch Änderung der wirksamen Breite eines Luftspaltes (13) des Kerns (3) einstellbar ist

7. Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftspalt (13) des Kerns ein winkelverdrehbares Joch (14) angeordnet ist

8. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (14) außerhalb der zu beheizenden Strömung liegt.

9. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Kern aus Ferritkeramik hergestellt ist

10. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht der Spuie (2) ein Blankdraht ist und der Ferritkern (3) einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist.

11. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenachse parallel zur Richtung der Strömung liegt.